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「π」的創造者尤拉誕辰│科學史上的今天:04/15

張瑞棋_96
・2015/04/15 ・524字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 579 ・九年級

今天是橫跨藝術與科學的天才達文西 (1452-1519) 的誕辰,在他出生 255 年後,誕生另一位不世出的數學天才尤拉 (Leonhard Euler, 1707-1783);如今在數學不同領域幾乎都可見到以他為名的常數、公式與定理。

出生於瑞士的尤拉自從 20 歲開始先後應邀前往俄國與普魯士的皇家科學院做研究,直到 76 歲過世,一生持續不間斷地以無窮的精力完成空前、恐怕也是絕後(艾狄胥因為有很多論文是與別人合著,才排名第一)的豐富著作。他是史上最多產的數學家,留下約 80 巨冊的論文,相當於每年都能寫出 800 頁;尤其難能可貴的是,在他近乎完全失明的人生最後十幾年,仍能以驚人的記憶力與心算能力持續大量產出論文。

尤拉不但著作浩瀚,在各個領域也都留下開創性的巨大貢獻,例如微分方程、無窮級數、三角函數、圖論、拓樸學,乃至流體力學、剛體運動、‧‧‧等等。事實上 f(x)、π、e、sin 和 cos、Σ、i 這些數學符號都是他所創造的,而他也創造了最優美的數學公式:尤拉恆等式;五個基本數學常數就這麼巧妙而不可思議地結合在一起,猶如天上最閃亮而神祕的星座。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 955 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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【科學說文解字】才不是白色情人節!是 π DAY!公式裡常見的符號到底該怎麼寫、怎麼唸?
PanSci_96
・2024/03/14 ・779字 ・閱讀時間約 1 分鐘

各位觀眾~今天是什麼節日呢?

什麼?情人節?

嘖嘖嘖,只知道這個的話就膚淺了。

今天可是圓周率日、愛因斯坦的生日、霍金的忌日……是巧合嗎?我可不這麼認為!總之,對於科學界來說,3 月 14 日不僅僅是白色情人節,而是一個意義非凡的日子!

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那圓周率又有什麼酷酷的地方讓科學家如此著迷,甚至有一個專門的節日呢?快點進影片,一探究竟吧!

除了 π(pi)之外,你還認得哪些希臘字母呢?從國中就認識的朋友——代表波長的 λ(lambda):

還是代表頻率,長得很像 v,常常害小編認錯的 ν(nu)?

在高中認識的 μ(mu),除了用於微米、代表摩擦係數,它還有什麼意思呢?

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快動動你的指頭搜尋一下吧!

最後這個像蛇的符號是什麼啊?長得有點像 Z 的書寫體?

沒錯!拉丁字母的 Z 就是從 ζ(zeta)來的。

而數學上有許多 ζ 函數,其中,最為知名的便是發現質數規律的黎曼 ζ 函數。

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今晚,我想來點……圓周率的派(π)!
Yi-Hsuan Lee_96
・2021/03/14 ・2391字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

  • 作者/李奕萱

3 月 14 日是什麼節呢?白色情……呸呸呸!身為科學愛好者今天過的是 π day 啦!

π day 訂在 3 月 14 日,並通常在下午 1 時 59 分慶祝,是取自圓周率(π)的近似值 3.14159 而來。圖/pixabay

2009 年,美國眾議院正式通過麻省理工提出將 3 月 14 日定為國家圓周率日的申請,將 3 月 14 日正式定為圓周率日(pi day)。世界各地的科學家會吃圓周率(派,pie)、喝圓周率(雞尾酒,piña colada)、玩圓周率(皮納塔,piñata)……來紀念這個科學界的重要常數── π。這些人有多喜歡 π 呢?他們甚至發明了 π 語言!

早在 1988 年物理學家 Larry Shaw 就在舊京山的科學探索館舉辦了第一次的「π」對,人們吃派和討論關於π的事物。圖/Wikipedia

什麼是π語言呢?

π語言(Pilish),是一種特殊的書寫格式,每個單詞中的字母數與π的對應數字匹配。第一個單詞包含三個字母,第二個單詞包含一個字母,第三個單詞包含四個字母,依此類推。舉例來說:How I need a drink, alcoholic in nature, after the heavy lectures involving quantum mechanics! 就是典型的π語言,How 由三個字母組成,I 由一個字母組成,並接續下去。人們利用這個格式創作 π 文章或是 π 詩,其中最有名的是邁克爾·基思(Michael Keith)發表的一首以 π 為主題的詩《piku》:

It’s a moon,

A wheel revolving on golden earth, and lotus blossoms.

Mountains embrace windmills, and it all reflects this number, pi.

這首詩不僅符合每個字母數的規定,甚至每句的音節數也符合規定:第一句 3 個音節,第二句 14 個音節,第三句 15 個音節。π 語言除了是一種創作形式,也衍伸出一種記憶技巧──圓周率文字學(Piphilology),先記憶 π 語言撰寫的故事再回復成數字的形式來背誦 π。你想不想也試著寫看看 π 詩呢?

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邁克爾甚至用這種語言寫了一本一萬字的書,叫做《不醒》(原文書名 Not A Wake: A Dream Embodying π’s Digits Fully For 10000 Decimals,也符合 π 語言的格式喔!)。圖/amazon

所以 π 是怎麼來的呢?π 又代表什麼呢?


π 源自於希臘語的 περίμετρος,有「周長」的意思,為一個圓的周長和其直徑的比值,看似很簡單的定義卻讓人類研究了數千年還是對她著迷不已。π 是無理數,用小數來表示的話就會形成一個無限的不循環小數,也就是你無法找出這些數字的規律,現代有超級電腦可以幫忙計算,那麼在沒有電腦甚至沒有計算機的的古代呢?

π 的計算最早要回溯到古埃及時期,以畫圓面積的方式計算出 π =3.16,雖然離更正確的 3.14159… 有一段差距,但當時可是公元前 1850 年的石器時代呢!後來曹魏時期的數學家劉徽和希臘化時期的阿基米德相繼提出了以相似多邊形逼近的來估算圓形周長的方式,而這些新方法也讓我們更加接近 π。

π 又有人稱作阿基米德常數,阿基米德晚年致力於幾何研究,相傳在羅馬戰士攻進城裡時阿基米德還在研究 π 的計算。圖/wikipedia

那麼 π 這個神秘的常數,在各個學界有什麼不一樣的地位呢?對於一般人來說,課本告訴我們計算π的時候要代近似值 3.14;對於軟體工程師來說,只要輸入指令就能直接從後台計算π;對數學家來說,近似值根本是邪教!!π 就是圓周跟直徑的比值,就是無法被窮盡的無理數。而這時工程師說話了:「那就當作 3 吧!」數學家頓時氣死在路邊……

工程師把數學裡兩大無理數:圓周率(π)代入 3、數學常數(e)代入 2,時常被做成迷因調侃。

海浪居然也跟 π 有關?


你知道嗎?海浪、聲音、電、路燈光線強度……這些看似跟圓形沒什麼關聯的事物其實都跟 π 有關係喔!還記得高中物理學過的海浪的簡諧運動嗎?當你把一塊會漂浮的木頭丟到海裡,木頭隨著海浪做上下規律的簡諧運動,當你把那塊浮木的運動軌跡記錄下來你就能得到一福完美的波浪圖,而圓型的秘密其實就藏在這幅圖裡!

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除了波浪有做簡諧運動,水分子本身也在做簡諧運動。圖/Daniel A. Russell from Longitudinal and Transverse Wave Motion

想像有一個圓形操場,你沿著跑道等速繞圈圈,並且有一道平行光從北邊打過來,這時你就會發現自己印在南邊牆上的影子軌跡也形成一幅一模一樣的波浪圖。也就是說海浪的起伏可以看作是等速度圓周運動的投影,這就說明了簡諧運動中的週期公式 \( T=2π\sqrt{\frac{m}{k_m}} \)為什麼有π在裡面了!

π 還有一些有意思的故事!

世界上有一群熱愛 π 的人,那就有另一群討厭π的人,他們認為我們在計算圓的時候應該使用的常數是 τ(念 Tau,τ=2π),也就是圓周和半徑的比值,τ 的擁護者則會在 6/28 慶祝 τ day。除了科學界慶祝圓周率,影劇界也會開π的玩笑,星際爭霸戰影集在某年 3 月 14 日的劇集中將π的最後一位數當作電腦破譯密碼,但我們知道π是一個無理數,所以我們大概也就永遠無法破解那部電腦了。π 就是這麼神秘且令人著迷,甚至法國奢侈品牌紀梵希就曾經推出一款命名為π的男性香水,是專為聰明、有遠見的男人設計的木質調香。

史巴克:「我們應該都知道 π 是一個無法被解決的超越數吧!」圖/IMDb

3 月 14 日不僅是 π day 同時是愛因斯坦的生日、史蒂芬霍金的忌日,是不是也為這天蒙上更神秘的色彩呢,那麼何不一起吃個派慶祝 π day 吧!

參考資料:

  1. Pi – Wikipedia
  2. Larry Shaw (Pi) – Wikipedia
  3. Exploratorium – Wikipedia
  4. 阿基米德 – 維基百科,自由的百科全書
  5. Daniel A. Russell(2016). Longitudinal and Transverse Wave Motion.
  6. Longitudinal and Transverse Wave Motion
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Yi-Hsuan Lee_96
3 篇文章 ・ 1 位粉絲
Science Communicator | 數學系畢業,跑到心理系當了一年間諜,現在是應用科學研究生。喜歡文學、古典戲劇和薏仁。立志在台灣創造一個老人小孩都能樂在其中的科普空間。

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一起寫下圓周率迎接 π day!你可以寫到第幾位?
PanSci_96
・2021/03/14 ・346字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 450 ・四年級

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「π 等於 3.14 」這個觀念在學生時期深植人心,平時我們加以運算也多是套用這個數字,更後面的位數便較少為人所記得 (。ŏ_ŏ)

一年一度的 3 月 14 日是圓周率日,它的確立首先由美國麻省理工學院倡議,到 2009 年美國眾議院正式通過將每年的 3 月 14 號設定為「圓周率日」(Pi day)。

3 月 14 日同時也是科學家愛因斯坦(Albert Einstein)和思想家卡爾.馬克思(Karl Marx)的生日,以及宇宙學家史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)的忌日。

為了度過這個特別的日子,泛科學準備了一小活動!想和大家一起接力蓋樓慶祝 Pi day!

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參加方法如下:

1. 在本文底下留言任一數字進行接龍(你可以留了又留留了又留喔!)

2. 成功接到下一個數字的夥伴,留言框會出現藍色數字,表示你接到的位數

3. 接龍成功的科夥伴也有機會獲得我們的小獎勵ヽ(●´∀`●)ノ

現在已經來到小數點後 324 位囉!

共有 58 位科夥伴,用 672 則留言,一起寫下圓周率!
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