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外切多边形


PolygonCircumscribing

外切一个三角形于一个,另一个绕着这个三角形,一个正方形在这个之外,另一个在这个正方形之外,等等。一个n-边形的外接圆半径内切圆半径之间的关系为

 r=Rcos(pi/n),
(1)

因此,无限嵌套的外切多边形和圆具有

K=(r_(final circle))/(r_(initial circle))
(2)
=sec(pi/3)sec(pi/4)sec(pi/5)...
(3)
=product_(n=3)^(infty)sec(pi/n).
(4)

Kasner 和 Newman (1989) 以及 Haber (1964) 声称 K=12,但这不正确,实际答案是

 K=8.700036625...
(5)

(OEIS A051762)。

通过写作

 K=exp[sum_(n=3)^inftylnsec(pi/n)],
(6)

可以展开关于无穷大的级数,改变求和顺序,符号化地进行 n 求和,并获得快速收敛的级数

 K=exp{sum_(k=1)^infty((4^k-1)zeta(2k)[4^k(zeta(2k)-1)-1])/(4^kk)},
(7)

其中 zeta(s)黎曼 zeta 函数

Bouwkamp (1965) 给出了以下常数的无穷乘积公式:

K=pi/2{product_(m=1)^(infty)product_(n=1)^(infty)[1-1/(m^2(n+1/2)^2)]}^(-1)
(8)
=1/2piproduct_(n=1)^(infty)[sinc((2pi)/(2n+1))]^(-1)
(9)
=6exp{sum_(k=1)^(infty)([lambda(2k)-1]2^(2k)[zeta(2k)-1-2^(-2k)])/k},
(10)

其中 sinc(x)sinc 函数(参见 Prudnikov et al. 1986, p. 757),zeta(x)黎曼 zeta 函数lambda(x)=(1-2^(-x))zeta(x)狄利克雷 lambda 函数。Bouwkamp (1965) 也给出了具有加速收敛的公式

 K=1/(12)sqrt(6)pi^4(1-1/2pi^2+1/(24)pi^4)(1-1/8pi^2+1/(384)pi^4)csc((pi^2)/(sqrt(6+2sqrt(3))))csc((pi^2)/(sqrt(6-2sqrt(3))))B,
(11)

其中

 B=product_(n=3)^infty(1-(pi^2)/(2n^2)+(pi^4)/(24n^4))sec(pi/n)
(12)

(引自 Pickover 1995)。


另请参阅

无穷乘积, 嵌套多边形, 内接多边形, 漩涡

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参考文献

Bouwkamp, C. "An Infinite Product." Indag. Math. 27, 40-46, 1965年。Chatterji, M. "Product[Cos[Pi/n], n,3,infinity]." http://www.worldwideschool.org/library/books/sci/math/MiscellaneousMathematicalConstants/chap102.htmlFinch, S. R. "Kepler-Bouwkamp Constant." §6.3 in Mathematical Constants. 英国剑桥:剑桥大学出版社,pp. 428-429, 2003年。Haber, H. "Das Mathematische Kabinett." Bild der Wissenschaft 2, 73, 1964年4月。Hamming, R. W. Numerical Methods for Scientists and Engineers, 2nd ed. 纽约: Dover, pp. 193-194, 1986年。Kasner, E. and Newman, J. R. Mathematics and the Imagination. 华盛顿州雷德蒙德: Microsoft Press, pp. 311-312, 1989年。Pappas, T. "Infinity & Limits." The Joy of Mathematics. 加利福尼亚州圣卡洛斯: Wide World Publ./Tetra, p. 180, 1989年。Pickover, C. A. "Infinitely Exploding Circles." Ch. 18 in Keys to Infinity. 纽约: W. H. Freeman, pp. 147-151, 1995年。Pinkham, R. S. "Mathematics and Modern Technology." Amer. Math. Monthly 103, 539-545, 1996年。Prudnikov, A. P.; Brychkov, Yu. A.; and Marichev, O. I. Integrals and Series, Vol. 1: Elementary Functions. 纽约: Gordon & Breach, 1986年。Sloane, N. J. A. 序列 A051762 在 "整数序列在线百科全书" 中。

在 Wolfram|Alpha 中被引用

外切多边形

请引用为

Weisstein, Eric W. "Polygon Circumscribing." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/PolygonCircumscribing.html

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