测量工具
古人为什么不直接用软尺围成圆,以周长除以直径算圆周率?
2018-11-26 10:03  浏览:231
 那种办法,受测量误差的影响,计算圆周率的精度十分有限!

肯定有人觉得口说无凭,那我们就来推导一下,看看实际测量,然后计算圆周率的精度极限在哪!

游标卡尺是机械时代,长度测量中,精度最高的工具,一般游标卡尺的精度能到0.1mm,古代的卡尺应该达不到如此精度;再加上长距离的软尺(或者绳),由于本身存在韧性,测量精度还会大大降低。

我们就假设,在一次测量中,绝对误差ΔL=±1mm;然后利用误差分析,看看绝对误差和圆周率精度之间的关系!

推导过程:

以上证明指出:我们需要七位小数精度的圆周率,在半径和周长的绝对误差仅仅只有1mm,同时忽略半径相对误差的情况下,这个圆的半径将达到10千米!!!

对古人来说,这是不可能做到的事;就算现在的技术,也很难做到!

实际操作的极限

实际上,考虑古人测量工具的误差,还有场地的限制,r取10米,ΔC取1cm时,圆周率的误差:

Δπ=ΔC/r=0.0001;

也就是说:圆周率精确到小数点后面第三位,已经是这个办法的理论极限了!古人用绳子绕定柱画一个圆,然后测量直径和周长,实际上也就精确到小数点后面第二位!

数值算法

要想得到更高的圆周率精度,只能依靠理论计算,比如:

(1)祖冲之利用割圆术,计算正多边形(到24576边),把圆周率精确到小数点后面第七位,这个计算量也是相当大的;

 

(2)牛顿-莱布尼兹发明微积分后,一大批圆周率的级数袭来,圆周率的理论计算容易很多,比如著名的梅钦公式:

利用梅钦公式进行人工计算,每加上一项,可以把十进制圆周率的精度推进一位,不到半个钟头,你就可以得到和祖冲之一样的精度。

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