183.外接多边形
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※183.外接多边形
凯斯纳(Edward Kasner,1878—1955)纽曼(James Roy Newman,1907—1966)
约1940年
最中间的圆如同条目中所提到的过程,被多边形与其他圆形交替包覆着(多边形边界使用较粗的红色线条,纯然是为了增加艺术效果而已);我们有办法重复这个模式,让外接圆的面积和一般成人脚踏车的大小一样吗?
季诺悖论(约公元前445年),西洋棋盘上的小麦(1256年),发散的调和级数(约1350年),圆周率π的级数公式之发现(约1500年)及布朗常数(1919年)
先画一个半径1英寸(约2.5厘米)的圆,然后外接一个等边三角形,接着用另一个圆外接等边三角形,再用一个正方形外接第二个圆。接下来,用第三个圆外接正方形,随后用一个正五边形外接第三个圆;持续不断重复这个过程,每一次外接多边形的边数都只加一,而每一次外接圆都会逐渐扩大以便把先前所有图形组合包覆在内。如果你能够以每分钟增加一个外接圆的速度不断重复上述过程的话,要花多少时间,才能画出一个半径和太阳系一样长的外接圆?
用一个又一个外接圆不间断地把所有多边形包覆起来的做法,似乎会让外接圆的半径无止境增加到无限大的程度,然而,这个把多边形与外接圆一直围绕下去的过程,并不会扩大到像太阳系一样大,也不会扩大到像地球一样大,甚至不会跟一般成年人的脚踏车轮胎半径一样大。虽然所有外接圆在初始阶段放大的速度很快,但其半径成长率却会逐渐减缓,并逐渐收敛成一个由无穷乘积可以算出的有限数字:R=1/ [ cos(π/3)×cos(π/4)×cos(π/5)×…]。
环绕着R的极限值所产生的诸多争论,或许是这个条目最有趣的地方。上面提到的算式乍看之下并不难算,根据凯斯纳及纽曼两位数学家在20世纪40年代第一次公布的计算成果,R的极限值应该是“12”,另一份发表于1964年的德文文献也提到“12”这个答案。
可是另一位数学家鲍肯普(Christoffel J.Bouwkamp)却在1965年,发表一篇论文指出R真正的极限值是“8.7000”,所以,为什么在这之前的数学家会接受“12”这个答案可就值得令人玩味了。附带一提,R正确值的前17个位数如下:R =8.7000366252081945…。 数学之书:数学史上250个里程碑式的发现