π(円周率)とは?
π は、どんな円でもその周長を直径で割った比である。円の大きさに関係なく、この比は常に同じで、π = 3.14159265358979... となる。定義は幾何学的だが、π は物理学、確率論、工学、そして数学のあらゆる分野に現れる。
π は 2 つの整数の比として表せない(ヨハン・ハインリヒ・ランベルト、1761 年)。さらに、整数係数多項式の解にもならない超越数である(フェルディナント・フォン・リンデマン、1882 年)。このため、定規とコンパスだけで円積問題を解くことは不可能である。π の小数展開は終わることも、循環することもない。
シラクサのアルキメデス(紀元前250年ごろ)は、内接・外接する 96 角形を用いて、π が 3+10/71 と 3+1/7 の間にあることを厳密に示した最初の人物である。バビロニア人は 3.125、エジプト人は 3.1605 を使っていた。記号 π は 1706 年にウェールズの数学者ウィリアム・ジョーンズが導入し、後にオイラーが広めた。2024 年時点で、π は 100 兆桁を超えて計算されている。
π は円だけに現れるわけではない。正規分布(釣鐘曲線には √(2π) が現れる)、オイラーの恒等式 e^(iπ) + 1 = 0、互いに素である 2 つのランダムな整数の確率 (6/π²)、スターリングの公式 n! ≈ √(2πn)(n/e)ⁿ、量子力学、球の体積公式 4πr³/3 などにも現れる。
π ≈ 3.14159265358979323846。無理数(ランベルト、1761 年)。超越数(リンデマン、1882 年)。Pi Day は 3 月 14 日(アメリカ式日付の 3/14)。分数 22/7 は π を 0.04% だけ過大評価する。より良い近似 355/113 は小数 6 桁まで正しい。π が正規数(あらゆる数字列が同じ頻度で現れる)かどうかは未解決だが、そうだと広く信じられている。
アルキメデスは 96 角形を用いて 3 + 10/71 < π < 3 + 1/7 を示し、3.1408 < π < 3.1429 を得た。彼は π を直接計算したのではなく、上下から挟み込んだのである。円周が内接・外接多角形の周長の間にあることを使う方法である。
Pi is irrational. Its decimal expansion never ends and never repeats. The digits shown below are verified against the machin formula.
Pi
Memorize pi, e, and 38 mathematical constants using the numpad path method
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