π(円周率)とは?

C = π × d
円周 = π × 直径

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 は無理数であり超越数である

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。

円の公式
d = diameter circumference = πd C = πd A = πr² r = d/2
歴史

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 はどこに現れるか

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 の要点

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:多角形で π を挟み撃ちにする(紀元前250年ごろ)
inscribed perimeter = 6r circumscribed perimeter = 6r×2/√3 BOUNDS 3.000 inscribed (n=6) π = 3.14159... 3.464 circumscribed

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。

関連トピック
Tau オイラーの恒等式 ガウス積分
使用分野
数学
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π has no final digit

Pi is irrational. Its decimal expansion never ends and never repeats. Every digit shown below is computed from the leibniz formula.

π = 4(1 - 1/3 + 1/5 - 1/7 + ...)