欧拉是如何计算圆周率的(一)

从牛顿时代以后,计算圆周率就不是必要的工作了,而是一种消遣。牛顿计算的时候,用的是面积法,或者反正弦函数的多项式展开。

欧拉也用一种展开式,反正切的展开式。但是,很独特,与现在常用的反正切大为不同。现在常用的反正切展开式是:

反正切的一种展开

这个公式在欧拉出生前就存在了,为什么呢?据我考证,欧拉出生于1707年,马青发现马青公式的年份是1706年。马青早就把圆周率计算超过了100位。马青用的是这种展开。这种展开,是1671年2月15日,詹姆斯-格雷戈里发现的。公式的限制条件是x大于-1,小于等于1。因此,欧拉计算圆周率纯属消遣。

欧拉使用的独特的反正切展开:


欧拉的反正切公式

尽管直接用arctan(1)可以得到一个简洁优美的表达式,但传说中欧拉使用的是PI/4= arctan(1/7)+arctan(3/4) 来计算的。

复数的乘法

这样两个复数的乘积表明,可以这样选择。欧拉喜欢用复数,不太用正切的和角公式。

反正切之和表示

关键是,1/7并没有带来我们通常以为的麻烦,在欧拉的公式中,变成了0.02的幂。欧拉用这个公式,在1个小时之内完成了20位圆周率的计算。现代的人,必须用计算机才能完成。
前几项的结果如下:
2.48 0.46826667 0.13282986 0.040952686 0.01310424
0.004288649 0.0014251509 4.788507e-4 1.6224588e-4
5.5334385e-5 1.897179e-5 6.5328945e-6 2.2577683e-6
7.82693e-7 2.720533e-7 9.477986e-8 3.308679e-8
1.1570922e-8 4.05295e-9
1.4216501e-9 4.9931126e-10
1.7557178e-10 6.1801265e-11 2.1775085e-11

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