• <tfoot id="ukgsw"><input id="ukgsw"></input></tfoot>
    
    • 久久精品精选,精品九九视频,www久久只有这里有精品,亚洲熟女乱色综合一区
      分享

      這些意想不到的包含π的公式,給數學研究增添了很多樂趣

       老胡說科學 2022-03-16
      有些數字比其他數字更容易出現在公式中。有些人甚至會說,有些數字比其他數字更重要。但是為什么呢?在這篇文章中,我將展示一些美麗的公式,它們都包含π,并試圖理解為什么π在數學中隨處可見。
      介紹
      如果π只滲透到幾何和三角學領域,而不是數學的其他領域,就不足為奇了。然而,π存在于數學的許多領域,在某些情況下,我們很難理解為什么π會出現。
      π存在于數論、微積分代數概率論統計學等學科中,如果你有研究,會發現它非常神奇和有趣。
      π以某種形式出現,應該意味著某個地方隱藏著一個,而在某些情況下,似乎并沒有。
      回憶一下,π就是任何圓的周長除以直徑得到的精確數字。
      下面的公式都會出現π。我將試圖解釋為什么會出現(π)?
      萊布尼茨公式
      讓我們從結果開始:
      這個交替級數收斂于π/4。π為什么會出現在這個級數中?它來自于一個三角函數。已知幾何級數:
      當|x| < 1時成立。我們在兩邊用-x^2替換x,得到:
      兩邊從0到1積分會得到:
      其中arctan是反正切函數。
      布馮針問題
      在18世紀,喬治-路易·勒克萊爾,布馮伯爵提出了以下問題:
      假設有一張紙,在上面畫等距的平行線,然后在紙上放一根針,針的長度與兩線之間的距離相等。針與其中一條線相交的概率是多少?
      這個問題的答案是2/π,但是“”藏在哪里呢?
      假設針的中心落在兩條線之間,我們可以不失一般性地假設針以及兩條線之間的距離是2個單位長。
      設針的中心為x,我們把這兩條直線放在一個坐標系中,使得最接近x的垂直線在0處穿過x軸(因此,它就扮演了第二個軸的角色)。我們可以用下圖來說明:
      紅藍線說明了這個實驗的兩種不同結果。這個圓說明了當針的中心為x時所有可能的結果。請注意,針永遠不能相交于兩條線,所以我們可以假設x在兩條直線的中心線的左邊。兩條直線的中心在x=1處。
      從上圖可以看出cos(θ) = x,因為我們需要讓x變化,所以需要反余弦函數,也就是arccos。公式變成了θ = arccos(x)。
      我們需要把所有的面積比加起來,有無窮個(面積比),因為x的每一個值都會給出一個這樣的比值。但我們有微積分工具,可以對x從0到1積分得到所有比值和。
      現在我們可以用分部積分法對arccos(x)求導,來證明arccos(x)的不定積分是x arccos(x) - sqrt(1- x2) + C
      最后得到 p = 2/π。這個公式中的圓來自于針的旋轉對稱。
      歐拉恒等式
      數學中最美麗的方程式當屬歐拉恒等式,1748年,萊昂哈德·歐拉提出了這個方程:
      正如威廉·德納姆所說:
      如果你想做加法,你需要0;如果你想做乘法,你需要1;;如果你想學微積分,你需要e;如果你想做幾何,你需要π;如果你想做復分析,你需要i。這些數字都出現在了歐拉恒等式中。
      它表達了兩個對稱之間的有趣關系。當我們用一個復數z乘以e^(πi),得到的數字是z沿著半徑為|z|的圓旋轉π弧度得到的數字。
      歐拉恒等式表達了這樣一個事實:通過原點反射一個復數(即乘以-1)相當于將該數旋轉180度。
      這個結果中的圓,源于與上面的復指數相乘時的半圓旋轉。
      巴賽爾問題
      讓歐拉名聲大噪的一個發現是下面這個令人驚訝的結果:
      左邊的無窮級數是所有整數平方倒數的“和”。首先,歐拉回顧了正弦函數的麥克勞林級數展開式。正弦函數可以寫成冪級數。
      然后除以x得到:
      歐拉認為上面的左邊可以看成是一個無限多項式,我們都知道多項式可以被分解成線性因子的乘積形式
      其中c是一個數字,上面分母中的r是多項式的根(也稱為零點)。任何多項式都可以寫成這樣的事實叫做代數基本定理,這是一個非常重要的定理。
      歐拉認為這個定理也適用于一些“無限”多項式,如上面的冪級數。由于上述冪級數的常數項為1,顯然c = 1。我們現在有
      歐拉問自己這個函數的零點是什么。它們是正弦函數的零點,因此是π的整數倍。所以:
      第二個等式來自于將相鄰項相乘。現在需要一個絕妙的想法。歐拉意識到隱藏在上面的二次項分母中的平方數,并想把它們從乘積中“解放出來”。這聽起來很可怕,但是我們只需要得到冪級數的前兩項。
      顯然,常數項是1。第二項呢?對于相應的無窮冪級數中的每個系數,我們只需要選擇一個非常數項然后從乘積中的其他項中選擇所有的1。然后,我們得到
      歐拉把它和泰勒級數表達式做了比較。也就是說:
      歐拉得出,右邊的兩個級數必須相等,也就是:
      或:
      再一次,我們可以解釋π是如何從正弦函數的零點來的,然而,如果真的想從幾何上理解這個問題,這并不是很令人滿意。
      高斯積分
      在統計學、數論和許多其他數學領域中,一個非常重要的積分結果是:
      這真的很神奇。下面這個鐘形曲線下的面積是π的平方根。
      有很多不同的方法來證明這一點。我最喜歡也是最優雅的方法是把笛卡爾坐標系換成極坐標。具體來說,令
      現在我們計算I^2,并將其轉換為極坐標:
      在上面的計算中,我們對最后一個積分做了替換:r^2= u => r dr = du/2?,F在,因為我們知道I一定是一個正數,得到
      那么這個在哪呢?當我們計算I^2時,我們實際上計算了一個(三維)體積,也就是在一個具有旋轉對稱的二維表面下的體積。
      得到的二重積分把無限多的圓面積“加起來”。把所有這些面積相加,得到的表達式不僅包含π,而且實際上等于π。
      結論
      看來,當π出現在一個公式中,我們可以通過某種隱藏在公式中的旋轉關系來解釋它。即使我們不能一眼看到它,但它肯定就在那里。
      關于π的討論還可以有很多,例如為什么用幾何方法解釋這類問題這么難,而用代數和微積分就(相對)容易了呢?


        轉藏 分享 獻花(0

        0條評論

        發表

        請遵守用戶 評論公約

        類似文章 更多

        主站蜘蛛池模板: 日韩精品亚洲专在线电影| 成人免费A级毛片无码片2022| 福利一区二区在线播放| 丰满无码人妻热妇无码区| 18禁网站免费无遮挡无码中文| 久久久久香蕉国产线看观看伊| 精品一卡2卡三卡4卡乱码精品视频| 又粗又大又黄又硬又爽免费看| 国产又大又硬又粗| 在线理论三级午夜电影| 在线看片无码永久免费视频| 国产超高清麻豆精品传媒麻豆精品| 亚洲韩欧美第25集完整版| 亚洲熟妇自偷自拍另类| 久久精品国产久精国产| 又湿又紧又大又爽A视频男| 色欲色香天天天综合网WWW| 加勒比无码人妻东京热| 无码人妻天天拍夜夜爽| 国产360激情盗摄全集| 国产一区二区三区不卡在线看| 天堂影院一区二区三区四区| 国产中文字幕日韩精品| 国产乱妇无码大片在线观看 | 亚洲午夜福利AV一区二区无码| 中文字幕日韩精品有码| 国产精品免费看久久久无码| 99久久国产成人免费网站| jizz视频在线观看| 亚洲毛片不卡AV在线播放一区| 国产成人高清亚洲综合| 超碰成人人人做人人爽| 成年美女黄网站色大片免费看| 久久精品第九区免费观看| 噜噜噜噜私人影院| 无码H黄肉3D动漫在线观看| 一二三四免费中文字幕| 日夜啪啪一区二区三区| 久热这里只有精品12| 国产精品V欧美精品V日韩精品 | 国产av一区二区不卡|