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用围棋来演示圆周率: π=3.15

用围棋来演示圆周率: π=3.15 爱思通围棋教育
2017-11-17
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导读:图1有学生上了六年级,十一长假后,开始学圆周率了,学校老师留了个作业,要求学生们上网搜一下圆周率的历史,作一

有学生上了六年级,十一长假后,开始学圆周率了,学校老师留了个作业,要求学生们上网搜一下圆周率的历史,作一个课件,讲给大家听。

因为我以前在课堂上提到过:“小学的数学,都可以在围棋盘上,得到直观的表达."

现在被学生将军了:“老师,您用围棋摆个圆周率吧,摆好了我给你带巧克力。”

这个诱惑真是不小,更重要的是我的面子,难道真的可以用围棋来演示“圆周率”吗?这是个多么宏大的挑战。很值得试一试!

“圆”的发现,可能是人类最伟大的创造,小到瓦罐,大到车轮,都离不开圆,在史前时代,就有“圆”的诞生,而且,在中华文明中,以”圆“字为中心字的词汇,数不胜数,”圆满“、”圆润“,代表了最美好的事物,最高尚的境界。

远到太阳,月亮,近到吃饭的容器,哪里能离开圆呢。

人们在实践中发现了”圆“的存在,就不由自主地会实际测量,比如用绳子去围绕一个原木,就会发现,绕树一周的绳子,总是比树的直径的3倍多一点。

“圜,一中同长也”。意思是说:圆只有一个中心,圆周上每一点到中心的距离相等。早在我国先秦时期,《墨经》上就已经给出了圆的这个定义。

而公元前11世纪,我国西周时期数学家 商高也曾与 周公讨论过圆与方的关系。认识了圆,人们也就开始了有关于圆的种种计算,特别是计算圆的面积。我国古代数学经典《 九章算术》在第一章“ 方田”章中写到“半周半径相乘得积步”,也就是我们现在所熟悉的公式。

   为了证明这个公式,我国魏晋时期数学家 刘徽于公元263年撰写《 九章算术注》,在这一公式后面写了一篇1800余字的注记,这篇注记就是数学史上著名的“割圆术”。


“割圆术”,则是以“圆内接正多边形的面积”,来无限逼近“圆面积”。刘徽形容他的“割圆术”说:割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆合体,而无所失矣。

 即通过圆内接 正多边形细割圆,并使正多边形的周长无限接近圆的周长,进而来求得较为精确的圆周率。

 刘徽发明“割圆术”是为求“圆周率”。那么圆周率究竟是指什么呢?它其实就是指“圆周长与该圆直径的比率”。

 刘徽用这种方法不断地“割圆”,一直算到内接正192边形,得到圆周率π的近似值是3.14,到了南北朝时代的祖冲之,祖冲之运用割圆术,把圆内的正边形,细化到正24576边,最后得出π的精确值应该在3.1415926和3.1415927之间。

 因为这个数比较难记,祖冲之又用两个分数来表达PI的近似值:

    (1)约率:22/7,约3.1428571

    (2)密率:355/113,约3.1415929

现在圆周率的通用符号“π”,是第十六个 希腊字母的小写。 这个符号,亦是希腊语 περιφρεια (表示周边,地域,圆周等意思)的首字母。1706年英国数学家威廉·琼斯(William Jones ,1675-1749)最先使用“π”来表示圆周率。1736年, 瑞士大数学家欧拉也开始用 表示圆周率。从此,π 便成了圆周率的代名词。

 现在回到围棋盘上吧,围棋盘是标准的正方形,我们也用这个割圆术,做个演示圆周率的尝试。     


      这是一个正四边形,每边的边长是19,剔除四个角的重合点,一共是18*4=72,即72个子

 下面想像一下这个四方形的内切圆

 我们将来要摆的内切圆,要小于刚才图3中的那个四边形,即总的棋子数,要少于72个子。

有了想像中的圆,我们再摆一个圆中的内切四边形

这个圆中的内切四边形,每个边上的棋子是不连续的, 每个边是10个子,剔除重合点,四条边一共是 9*4=36个子。

从图4和图5中可以看出,我们想像中的圆形,更接近于图4中的大方框,且图4的棋子是连续的。而图5的斜方框,与想像中的圆,差距较大,且棋子是不连续的。

综上所述,我们想像中的圆,应介于图4和图5之间,权重更接于图4,所以,我们就把图4的棋子数权重定为2,图5的棋子数权重定为1,然后加权平均一下,则未来想像圆的棋子数应该是

(72*2+36*1)/3=(144+36)/3=180/3=60

就是说,应该用60个子,就可以在围棋上,摆一个连续的近似圆

有了这个图做参考,我们可以假定围棋盘的圆周长为60,而圆的直径不用说,就是围棋盘的边长:19

则用围棋盘进行演示的圆周率,也就是“围棋近似圆周率”,暂定用符号“Piz”表示,

(Pi就是π的意思,Z则表示直观)

我们得出,Piz=60/19=3.1578947,保留两位小数,即3.15,

和标准的π值:3.14相比,误差接近于0.3%,准确的令我吃惊,

为了数学的普及,让小学生更直观的理解圆周率π,可以把 “60/19”,约定为圆周率的直率:所谓直观的圆周率。

(后记,终于把这篇文章,整整一个月,算是对我的尝试有一个交待)

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