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2021 年 08 月 31 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国
圆周率第68.2万亿位
到底是几?

  快开学了,有没有想起被数学支配的恐惧?毕竟圆周率你只背到3.1415926,而据媒体报道,瑞士研究人员使用一台超级计算机,花了三个多月,日前已经将数学常数圆周率π计算到小数点后68.2万亿位,创下该常数迄今最精确值纪录。那么问题来了:圆周率第68.2万亿位,到底是几?

  1 圆周率的诞生

  圆周率是圆的周长与直径的比值,一般用希腊字母π表示,是一个在数学及物理学中普遍使用的常数,也是精确计算圆周长、圆面积、球体积等数值的关键值。小学生都会用圆周率来计算圆的面积。

  世界上最早通过理论来计算圆周率的是古希腊数学家阿基米德。他计算出圆周率在223/71和22/7之间,随后人们将这个范围的平均值“3.141851”设定为圆周率的近似值。公元263年,中国数学家刘徽在他的著作《九章算术注》中提出了“割圆法”,并通过这种方法最终计算出圆周率的近似值“3.1416”。公元480年左右,中国数学家祖冲之利用“割圆法”进一步将圆周率算到小数点后7位,即圆周率在“3.1415926”和“3.1415927”之间,而这一纪录在世界上保持了近1000年。

  2 圆周率的纪录

  到了1948年,英国数学家弗格森用了大约一年的时间将圆周率算到了808位,而这也是人类“手工”计算圆周率的最高纪录。再后来,电子计算机的出现让圆周率的计算精度出现了质的飞跃。1950年,世界上第一台通用计算机“ENIAC”用了大约70个小时就将圆周率算到了小数点后2037位。到了2020年,圆周率已被超级计算机算到小数点后50万亿位,这也被列入了吉尼斯世界纪录。

  2021年8月,瑞士某研究团队宣布,他们利用正在达沃斯(DAViS)的超级计算机,将圆周率算到了小数点后的68.2万亿位。此次计算工作从2021年5月开始至2021年8月结束,共计历时100多天。随后该研究团队公布了此次圆周率计算结果的最后10个数字为:7817924264,最后一位是4。

  3 圆周率的执着

  虽然人类能够算出圆周率的几十万亿位小数,但实际能用上的没几位。即便是高精尖的航天领域,比如太空飞船的行星际导航,所用到的圆周率小数位也只需15~16位。如果计算直径为930亿光年(1光年将近10万亿公里)的可观测宇宙周长,只需40位小数的圆周率,误差就能小到一个氢原子大小。平时在生活中,人们基本上只要用到圆周率小数位的前两位,普通工程取前五位也够用了。为什么科学家还要如此执着于对圆周率的计算呢?

  在基础科学中,圆周率涉及数学与物理研究的方方面面。从爱因斯坦的广义相对论到对全球定位系统的修正,从高数中的“傅立叶变换”到涉及电子学的各种工程问题,圆周率无处不在。除此之外,超高精度的圆周率还可以用来验证数学家的猜想。比如,在足够高精度的π值中,各种数字出现的概率应该是相同的。例如数字“1”在1万位之内出现了1026次、10万位之内出现了10137次、100万位之内出现了99758次、1000万位之内出现了999333次等。再比如,出现过“10个6”“9个7”“8个8”“14142135”(根号2的前8个数字),“123456789”和“876543210”,甚至还可能出现过你的生日。

  科学家还认为,由于π是一个“无限不循环小数”,因此在条件允许的情况下,超级计算机就可以一直对其进行计算。在这个过程中,人们就可以对超级计算机的各项性能(例如运算速度、系统稳定性等等)进行测试或检验,从而树立计算机软硬件计算实力的标杆。

  (本报综合)

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