从3.14谈起
今天三月十四日,3.14,这一天是一个平凡的日子,又有着太多的纪念,今天是世界反水坝日、白色情人节、圆周率日、香港沙士纪念日、国际数学节、国际警察日。
世界反水坝日:从1997年开始,世界水坝委员会就已经把每年的3月14日定为世界反水坝日,旨在拆除那些对人类效益不高反而对自然生态环境极为不利的水坝。
白色情人节,一般认为是对于西方情人节的延续,而“白色情人节”最早起源于三世纪时的罗马,罗马皇帝为了纪念其在2月14日救了一对原本因违反恋爱结婚禁令而要被处死的恋人的举动而设立的情人节,而在一个月后的3月14日,这对情侣宣誓至死不渝,后来便成为白色情人节,开始流传到其他国家。
圆周率日(Pi day)是庆祝圆周率π的特别日子。正式日期是3月14日,由圆周率最常用的近似值3.14而来。
圆周率日是一年一度的庆祝数学常数π的节日,时间被定在3月14日。通常是在下午1时59分庆祝,以象征圆周率的六位近似值3.14159,有时甚至精确到26秒,以象征圆周率的八位近似值3.1415926;习惯24小时记时的人在凌晨1时59分或者下午3时9分(15时9分)庆祝。全球各地的一些大学数学系在这天举办派对。
香港沙士纪念日:SARS事件是指严重急性呼吸系统综合症(英语:SARS),中国大陆惯称“非典型肺炎”,并简称作“非典”。于2002年在中国广东顺德首发,并扩散至东南亚乃至全球,直至2003年中期疫情才被逐渐消灭的一次全球性传染病疫潮。
国际数学节:为了纪念中国古代数学家祖冲之而将每年的3月14日设立的节日,2011年——国际数学协会正式宣布,将每年的3月14日设为国际数学节,来源则是中国古代数学家祖冲之的圆周率。
国际警察节:中国媒体杜撰出的节日。该节日被媒体定为每年的额月14日。
那么历史上的今天都发生了什么事了?
公元前949年,佛教的创建者释迦牟尼逝世。
840年,《查理大帝传》的作者艾因哈德逝世。
1489年,塞浦路斯女王CatherineCornaro将自己的王国卖给威尼斯。
1590年,在胡格诺战争中,法国国王亨利四世和胡格诺派在伊夫里战役中击败天主教联盟。
1647年,三十年战争:巴伐利亚、科隆、法国及瑞典签署乌尔姆停战协定。
1689年,自由议会在苏格兰开会,威廉和玛丽被宣布为英格兰国王和王后。
1804年,奥地利作曲家老约翰·施特劳斯出生(逝世于1849年)。
1847年,朱塞佩·威尔第的著名歌剧《马克白》于佛罗伦斯的佩哥拉剧院(Teatro della Pergola)首演。
1879年,著名物理学家阿尔伯特爱因斯坦出生(逝世于1955年)。
1883年,卡尔·马克思,全世界无产阶级和劳动人民的伟大导师逝世(1818年出生)。
1897年,国画大师潘天寿出生。
1900年,美利坚共和国官方宣布美国采用金本位制。
1905年,切尔西足球俱乐部成立。
1917年,中国与德国绝交,参与第一次世界大战。
1928年,美国宇航员弗兰克·博尔曼出生,曾执行阿波罗8号飞行任务生。
1930年,美国科学家克莱德董发现冥王星
1932年,伊斯曼——柯达相机发明者自杀身亡。
1934年,美国宇航员尤金·塞尔南出生,曾执行双子星9A号、阿波罗10号、以及阿波罗17号飞行任务。
1938年,德国吞并奥地利。
1945年,日本演员栗原小卷出生,代表作《望乡》。
1945年,著名历史学家王立群出生,《百家讲坛》主讲人。
1946年,韦斯·昂塞尔德,NBA著名球星,NBA历史五十大球员之一出生。
1946年,维尔纳·冯·勃洛姆堡纳粹德国陆军元帅病逝。
1947年,美菲军事基地协定签订,租期99年。
1948年,洛阳战役告捷。
1951年,在朝鲜战争中,联合国军队第二次收复汉城(首尔)。
1956年,国务院成立科学规划委员会。
1958年,摩纳哥王子阿尔贝二世出生。
1962年,联合国裁军委员会会议在日内瓦举行。
1963年,美国妇女玛格丽特·沃德成为第一个驾驶“F-106”战斗机的妇女。
1964年,涉嫌肯尼迪凶杀案的杰克·鲁比被判处死刑。
1965年,印度著名演员阿米尔·汗AamirKhan出生。
1968年,中国内陆编剧,作家石康出生。电影《大腕》和电视剧《奋斗》的编剧。
1975年,蔡淑臻,台湾超模出生。
1978年,原韩国组合HOT队长文熙俊出生。
1979年,法国运动员尼古拉·阿内尔卡出生。
1979年,李先念等建议对国民经济实行调整。
1979年,北京和东京结为友好城市。
1982年,深圳建设大规模展开。
1982年,台湾跆拳道选手朱木炎出生。
1983年,中国内陆女歌手金莎出生。
1983年,石油输出国组织成员首次同意削减石油价格。
1984年,REBORN组合出生。
1988年,斯蒂芬·库里(StephenCurry)出生,美国职业篮球运动员,现效力于NBA金州勇士队。
1988年,中越南沙海战
1989年,中国篮球运动员刘晓宇出生。
1990年,日本女演员黑木华出生。
1993年,喻育之——参与辛亥革命武昌起义的最后一位老人逝世,享年104岁。
1994年,Linux内核1.0.0发布。
1994年,《辛德勒的名单》获七项奥斯卡奖。
1995年,人类首次从恐龙蛋化石中获得恐龙的遗传物质。
1996年,王洛宾,(西部歌王)中国音乐家逝世(1913年出生)。
1996年,中国科学家在辽宁首次发现侏罗纪鸟类化石。
1997年,重庆直辖市设立。
1998年,索尼亚·甘地被推举为印度国大党主席。
2000年,芭芭拉·库尼,绘本画家,享年83岁。代表作《艾玛》《花婆婆》。
2001年,梁成恩,香港警察,徐步高案件中牺牲。
2006年,委内瑞拉总统宣布采用新国旗。
2008年,成为休斯敦火箭队的纪念日。
2008年,美国纽约商品交易所的黄金期货价格首次突破每盎司1000美元大关。
2008年,拉萨等地发生打砸抢烧严重犯罪事件。事件发生后,党和政府果断决策,妥善处置,控制了事态发展,恢复了正常社会秩序。
2009年,李钰,大陆女演员病逝,年仅33岁。
2010年,印尼发生里氏7.0级强烈地震没有发布海啸预警
2010年,Weaver Organisation的FED部门举办第一次纪念日,用诗歌朗诵来纪念美好的青春,此节日遂成为FED的官方纪念日。
2011年,国际数学协会正式宣布,将每年的3月14日设为国际数学节,来源则是中国古代数学家祖冲之的圆周率。
2012年,文森特·塔博恩,马耳他第4任总统,享年98岁。
2013年,天主教布宜诺斯艾利斯总教区总主教豪尔赫·马里奥·贝尔高利奥当选为新任罗马教皇,称号为方济各。
2015年,著名篮球运动员曹志鹏篮球生涯第十年纪念日。
当然最重要的是2017年3月14日是我母亲的60周岁大寿!
从百度上搜出这么多信息,我很想知道,当你把这些内容看完,留在你脑海的是什么?对于一个数学人来说,我只关注的是,
爱因斯坦出生日,圆周率节以及国际数学节,当然还有今天母亲的60周岁大寿。
提起3.14,我首先想到的圆周率,而提到圆周率,不得不说圆,圆是一个神秘的图形,以任何一个半径来描绘,都是同样形状的圆。
人类祖先在采集和狩猎的漫长过程中,逐渐认识了“形”的概念,而从出土的新石器时期的陶器多为圆形这个事实来看,“圆”应该是最早被认识的形状之一。在古代不同文明(如美索不达米亚、埃及、中国、印度、希腊)的数学文献里,都不乏关于圆的度量问题。而任何一个圆的度量都少不了圆的周长和直径的比值——圆周率。
有人说,圆周率计算的精度在某种程度上是衡量一种文明发展的尺度,能代表一个民族的数学水平,为什么这样说?
虽然我们经常提到圆,但实际生活中并没有圆的存在,或者说没有真正“圆”的存在,“圆”是一个抽象概念,它是人类抽象思维的产物,是精神的存在。我们现在形容一个“圆”很轻松,太阳、月亮、苹果、眼球、车轮等,都给人以“圆”的形象。只有当人类的思维进化到一定的高度以后才可能产生“圆”的概念。可想而知,当一个民族能给圆下定义的时候,这个民族的文明程度已经相当高了。来自于东西方的代表性例子是中国和古希腊。早在2300多年前,我国古代思想家墨子的《墨经》就给出了圆的明确定义:“圆,一中同长也。”翻译成现代语言为:“圆上点到中心的距离相等”,几乎就是现在圆的标准定义。公元前300年的古希腊的欧几里得在《几何原本》里也给出了同样的严格定义。由此可见中国和古希腊这两个民族当时的文明程度确实是最高的,他们奠定了现代东西方文明的基础。
其次,在文明古国埃及、中国和印度的数学文献里都有着圆的度量问题,而圆的度量少不了圆的周长和直径的比值——圆周率。在数学的漫长发展历程中又有哪一个常数能像圆周率那样散发着如此经久不衰的魅力。无论是什么样的圆,圆周率都是圆的周长和直径的比值,这又是更高一层的抽象。单以每个人而言,并不需要去计算一下圆的周长除以直径所得的值,更难发现那是个定值。所以,发现“圆的周长与直径的比值等于定值”这一结论,不但说明人的头脑发达了,还说明社会物质、精神文明程度的提高。比如,我国古代要制造出不同的圆形的“衡器”(比如一种名为“斛”的圆柱形标准量筒),颁布到全国作为统一的计量单位,也促使着我国古代数学家们要研究圆周率,这是高度社会化的大一统国家才需要的。
第三,圆周率的计算是多位小数的计算,需要计数方法和计算技能两种必不可少的准备。这两样又代表了数学发展的高水平。中国是十进位小数的发明地,也发展出了“算筹”工具和算法;希腊人则惯于使用分数,这从理论上讲可以延伸到无穷多位小数。如果没有十进制小数或分数,连记录圆周率的值都没法做到,谈何研究?如果没有对复杂(比如8位小数)运算的操作系统,研究也就无法施展。据传说,祖冲之计算圆周率,把算筹(用以计算的小竹棒,大约6寸长)摆满了三间屋的地面。除了中国和古希腊以外,古印度人也掌握了先进的计数和计算能力,所以也对圆周率的计算保持了良好的记录。综合起来看,圆周率的计算需要高度进化的头脑、高度社会化的现实需要、先进的计数系统、进行复杂计算的工具和能力。另外,还要有比较充裕的物质保障和精神自由。物质保障,使得有此“爱好”的人不至于为衣食操心;精神自由,使得这类人不会被作为“异端邪说”的典型而受打击迫害。因此,说圆周率的计算水平是一个民族文明程度的指标,不算过分。
那为什么用实验法求圆周率不能达到高水平?古人也曾在这一方向做了深入的研究。

第一步,作一个直径为10cm的圆(注:这可能没法做到。事实上,你不可能做出一个真正的圆。没关系,我们不妨就承认这个近似的“圆”吧)。
第二步,量出它的周长。有下面几个问题需要注意:
其一,你必须首先把圆周拉直,测量拉直后的长度。但是,“拉直”的过程中,你能保持它的长度没有改变吗?其二,你可能是用铁丝或者细线做成了一个圆,不论是铁丝还是细线,都有“粗度”。其内圈和外圈的周长是不同的,“拉直以后”代表的是哪一圈的长度呢?其三,“量”的时候,精确度能控制在多高的程度?你相信你的测量是准确的吗?
第三步,做除法运算。可以想见,你测量出来的一定是有限小数,即必定是有理数。除的结果肯定还是有理数,因此你不可能得到真正的圆周率值。
你可以很细心、可以很执著,执著到把每一步都做到极致。以此为前提,我们来估计一下你的“成果”会是什么样。

用实验方法求圆周率值的另一个著名人物,是法国科学家浦丰。他在桌面的纸上画一组等间距的平行线,向桌面投针。计算针与直线相交的次数与不相交的次数之比,也得到很好的近似值。这个实验被称为浦丰投针实验,步骤是:

后来有多人(其中不乏著名人物) 复试,有投针至10多万次者。但是,人们更关注的是其中的“原理”而不是结果。
原理是什么呢?在这里我不妨给大家科普一下,

通过以上分析,在1700多年前的三国时期,割圆术的出现对世界探究圆周率作出了巨大贡献。割圆术,就是以圆内接正多边形逼近圆。可想而知,当圆的内接正多边形的边数增加时,正多边形的周长将逐渐接近于圆的周长。随着边数的无限增加,多边形的周长可以无限接近于圆的周长。“无限接近”的通俗说法就是“要多接近就多接近”,即按任意的精确度逼近。首创者刘徽形容他的割圆术时,是这样说的:“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆合体,而无所失矣。”割圆术在中国开启了用数理的方法求圆周率的新时代。从此以后,中国人对圆周率的求取,就走在一条通向成功的大道上。可以说,有了这一方法、这一思想,取得最后的成功就只是个时间问题。果然,刘徽以后不到200年,祖冲之就算得圆周率小数点后的7位精确值,把圆周率的值锁定在3.1415926和3.1415927之间,领先于世界1100多年。

当然在西方,也有割圆术思想的存在,最早使用者是阿基米德。他不光用割圆术求圆周率的值,还把此法迁移,用无限分割法求出了抛物弓形的面积。因为现代西方文明的源头就是古希腊文明,所以他的方法对世界产生的影响不可估量。刘徽的割圆术,直接导致了后来祖冲之的成就,启发了祖暅对球的体积的研究,对中国古代数学方法及数学思想的促进作用巨大,因此也就对东方数学产生了巨大影响。
值得说一下的是,刘徽的“割之又割,以至于不可割”的说法是不对的。根据近代的极限理论,不论你怎么割,都可以继续分割下去,不会到达“不可割”的地步。所得到的圆内接正
多边形也不会“与圆合体,而无所失”。当然,这是以现代人的观点来审视古人,在此指出来只是为了让大家不至于食古不化。
“割圆术”其实是一种重要的数学思想,而刘徽以及此后的中国人一直称它为“术”,显然降低了它的地位和作用。这与中国人的学术传统有关。中国古代确实是只重“术”而不重“理”,偏于实际应用,疏于理性分析。比如现代数学有“方程思想”,《九章算术》中只有“方程术”。在世界各民族中,只有古希腊人研究学问是出于精神追求,而不顾及物质收获的,这成就了他们无与伦比的贵族气质。相比之下,中国古人研究学问多是出于功利的考量,少数的例外(如杨朱等名家)也湮没无闻。只有物质追求,没有精神追求,导致人的观点太过狭隘。观点的高度不够,也严重影响了更大成就的取得。这是文化传统所致,非刘徽一人可以扭转。无论怎样,割圆术是人类文明史上最伟大的发明之一,中国古代有此成就,无愧于文明古国的称号。【近期,我将为大家详细介绍“割圆术”】

