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阿基米德算法


连续应用阿基米德递推公式得到阿基米德算法,该算法可用于提供对 pi (pi) 的逐次逼近。该算法也称为 Borchardt-Pfaff 算法。阿基米德通过在外切内接 n=6·2^k-边形,获得了对 pi 的第一个严格逼近。根据阿基米德递推公式,外切和内接多边形周长 ab 分别为:

a(n)=2ntan(pi/n)
(1)
b(n)=2nsin(pi/n),
(2)

其中

 b(n)<C=2pir=2pi·1=2pi<a(n).
(3)

对于六边形n=6

a_0=a(6)=4sqrt(3)
(4)
b_0=b(6)=6,
(5)

其中 a_k=a(6·2^k)阿基米德递推公式的第一次迭代给出:

a_1=(2·6·4sqrt(3))/(6+4sqrt(3))=(24sqrt(3))/(3+2sqrt(3))=24(2-sqrt(3))
(6)
b_1=sqrt(24(2-sqrt(3))·6)=12sqrt(2-sqrt(3))
(7)
=6(sqrt(6)-sqrt(2)).
(8)

额外的迭代没有简单的闭合形式,但 k=0, 1, 2, 3, 4(分别对应 6-, 12-, 24-, 48- 和 96-边形)的数值近似值为:

 3.00000<pi<3.46410
(9)
 3.10583<pi<3.21539
(10)
 3.13263<pi<3.15966
(11)
 3.13935<pi<3.14609
(12)
 3.14103<pi<3.14271.
(13)

通过取 k=4(一个 96 边形)并在每一步使用严格不等式将无理界限转换为有理界限,阿基米德获得了稍微宽松的结果:

 (223)/(71)=3.14084...<pi<(22)/7=3.14285....
(14)

另请参阅

Pi 的迭代

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Miel, G. "Of Calculations Past and Present: The Archimedean Algorithm." Amer. Math. Monthly 90, 17-35, 1983.Phillips, G. M. "Archimedes in the Complex Plane." Amer. Math. Monthly 91, 108-114, 1984.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

阿基米德算法

引用为

Weisstein, Eric W. "阿基米德算法。" 来自 MathWorld--Wolfram Web Resource. https://mathworld.net.cn/ArchimedesAlgorithm.html

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