圓周長

圓周長

數學學科專業名詞
圓周長是指繞圓一周的長度,在圓中内接一個正n邊形,邊長設為an,正邊形的周長為n×an,當n不斷增大的時候,正邊形的周長不斷接近圓的周長C的數學現象,即:n趨近于無窮,C=n×an。地球是個球體,這是今天人們的常識。但這個球有多大?或圓周長有多長?地球半徑有多大?足不出戶,不離開自己生活的小範圍(校園、家鄉)能否測量出來呢?早在2000多年前,古希臘的埃拉托色尼就能回答這些問題。今天這些問題,隻要通過日影測量實驗推算一下,都能迎刃而解[1]。
    中文名:圓周長 外文名:circumference 學科:數學 性質:數學用語 公式1:C=πd 公式2:C=2πr

公式說明

在古代,這個問題幾乎是依賴于對實驗的歸納。人們在經驗中發現圓的周長與直徑有着一個常數的比,并把這個常數叫做圓周率(西方記做π)。于是自然地,圓周長就是:或者C=2πr(其中d是圓的直徑,r是圓的半徑)。

圓周率

後來的數學家們就想辦法算出這個π的具體值,數學家劉徽用的是“割圓術”的方法,也就是用圓的内接正多邊形和外切正多邊形的周長逼近圓周長,求得圓接近192邊型,求得圓周率大約是3.14。

割圓術的大緻方法在中學的數學教材上就有。然而必須看到,它很大程度上隻是計算圓周率的方法,而圓周長是似乎已經是事實了,這一方法僅僅是定出π的值來。仔細想想就知道這樣做有問題,因為他們并沒有從邏輯上證明圓的周長确實正比于直徑,更進一步說他們甚至對周長的概念也僅是直觀上的、非理性的。

推導過程

真正從理論上嚴密推導圓的周長必須依賴近代的分析數學,包括微積分的使用才行。

推導圓周長最簡潔的辦法是用積分。

在平面直角坐标下圓的方程是:

這可以寫成參數方程:

于是圓周長就是

結果自然就是

(注:三角函數一般的定義是依賴于圓的周長或面積的,為了避免邏輯上的循環論證,可以把三角函數按收斂的幂級數或積分來定義而不依賴于幾何,此時圓周率就不是由圓定義的常數,而是由三角函數周期性得到的常數)

如果不需要更多的理論讨論,上面的做法就足夠了。當然更确切地,人們或許還需要知道在數學上曲線的周長是如何定義的,以及圓的周長的存在性問題。這裡就一時之間說不清了。

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