本文發表於 大眾科學 的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映 大眾科學 的觀點
物理學家或工程師在數值計算中使用 π (pi) 時,可能需要訪問這個特殊數字的 5 位或 15 位小數近似值,但我們大多數人(包括數學家)不需要知道比它大約是 3.14 更多的(小數位數)。然而,存在一種莫名其妙的書呆子亞文化,它遠離真正的數學,卻痴迷於記憶 π 的大量小數。
近年來,3 月 14 日已成為圓周率日的代名詞,今年關注的是圓周率大約為 3.141592654 這一事實。因此,有人認為,2015 年 3 月 14 日大約 9:26:54(上午還是下午?以及哪個時區?)是值得關注的時刻。這一切都很有趣,任何有助於吸引人們對數學關注的事情都一定是好的,對吧?由於正確的四位小數近似值是 3.1416,如果明年這個時候(2016 年 3 月 14 日)我們看到類似的炒作,請不要感到驚訝。
圓周率的小數有其自身的魅力和神秘之處,這讓世界上一些最優秀的頭腦感到好奇,但可以肯定地說,大多數數學家對圓周率小數記憶的普及程度感到高興,就像創意作家對拼寫比賽感到高興一樣。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
一個很棒的酒吧打賭
讓我們問一個相關的發人深省的問題,這個問題可以成為一個很棒的酒吧打賭。收集幾個不同的罐子,例如本文頂部所示的罐子,並問:在所示的三個(理想化的)圓柱體中,哪個圓柱體的高度大於其周長?
儘管由於照片是從上方拍攝而產生了透視縮短,但很明顯,左邊的罐子不是競爭者。中間的那個看起來好像有可能入選,我們的經驗是,許多人會同意這樣的說法,即最右邊的極端罐子的高度大約是其周長的一倍半,因此完全符合條件。
一種可靠但缺乏啟發性的確定答案的方法是求助於實際測量,但讓我們探索一些更具啟發性的方法。碰巧的是,一張 A4 紙的寬度(8.5 英寸)與最高罐子的高度非常吻合,如左上方影像所示。
現在想象一下將紙張旋轉 90 度,並嘗試將其寬度環繞紅色罐子,如第三張影像所示。它實際上並沒有環繞一週以上,而是不夠長,留下了一個明顯的間隙(右圖)。
我們這些認為最高的罐子是贏家的人必須得出結論,我們的視覺感知是不可信賴的:我們不太擅長衡量周長。數學推理也可以在這裡發揮作用,當人們意識到最高的罐子裡裝有三個網球時(下圖)。
忽略球在罐子裡時周圍(和上方)可忽略不計的額外空間,由此可知,罐子的高度是其寬度的 3 倍。再次引入我們的朋友圓周率:任何罐子的周長都是其寬度的圓周率倍。因此,一切都歸結為知道哪個更大,3 還是圓周率!
即使不知道圓周率小數展開式的任何一位數字,我們也可以得出結論,紅色罐子(以及其他罐子)的周長超過了其高度。換句話說,所有圓柱體的周長都大於其高度。
具有諷刺意味的是,許多數學家在這個酒吧打賭中的表現與普通大眾一樣差,即使被告知第三個罐子裡裝的是什麼。也許問題不在於低估了圓周率在這裡作為圓(或圓柱體)周長與寬度之比的最基本形式。也許是對餡餅(美食餡餅)的過度欣賞。我不得不懷疑,我自己糟糕的周長測量能力是否源於多年來照鏡子並否認自己因愛吃甜食而體重增加。
仍然對圓周率的小數部分感到好奇?仔細看看上面第三張影像中的紙張間隙。它從左到右的彎曲程度是圓周率減 3(即 0.14159...)乘以圓柱體的寬度。透過這種方式,您可以真正看到圓周率的小數部分。
一個相關的酒吧打賭涉及找到一個筆直的玻璃杯,它非常高,以至於其高度超過其周長。這並不像“看起來”那麼容易。
更新於 2015 年 3 月 17 日:點選此連結閱讀關於 Martin Gardner 向我挑戰的類似酒吧打賭。
在您遇到的下一個圓周率小數記憶愛好者身上嘗試任一版本!
所有圖片均由 Colm Mulcahy 拍攝。