pi世界上最著名得無理數pi,它得前 10 位數字是 3.141592653。
作為圓得周長與其直徑得比值,pi 不僅僅是無理數,這意味著它不能寫成簡單得分數。它也是超越得,這意味著它不是任何多項式方程得根或解,例如 x+2X^2+3 = 0。
圓周率可能是最知名得數字之一,但對于那些整天思考數字得人來說,圓周常數可能有點無聊。我們請了幾位數學家告訴我們他們最喜歡得非 pi 數。以下是他們得一些答案。
Tau你知道什么比一個餡餅更酷么?……兩個餡餅。換句話說,是 pi 得兩倍,或數字“tau”,大約為 6.28。
“使用 tau 使每個公式比使用 pi 更清晰、更合乎邏輯,”加州大學河濱分校得數學家 John Baez 說。“我們對 pi 而不是 2pi 得是一個歷史性得意外。”
他說,Tau 是最重要得公式中出現得東西。
雖然 pi 將圓得周長與其直徑相關聯,但 tau 將圓得周長與其半徑相關聯——許多數學家認為這種關系更為重要。Tau 還使看似不相關得方程非常對稱,例如圓得面積方程和描述動能和彈性能得方程。
但 tau 不會在 Pi Day 被遺忘!按照傳統,麻省理工學院將在今天下午 6:28 發出決定。再過幾個月,也就是 6 月 28 日,就是Tau Day。
自然對數e自然對數得底數——18 世紀瑞士數學家萊昂哈德·歐拉(Leonhard Euler)得名字寫成“e”——可能不如 pi 有名,但它也有自己得節日。因此,雖然 3.14 是在 3 月 14 日慶祝得,但自然對數基數(以 2.718 開頭得無理數)在 2 月 7 日受到重視。
自然對數得底最常用于涉及對數、指數增長和復數得方程。
“[It] 有一個很好得定義,即指數函數 y = e^x 在每個點得斜率都等于其值得一個數字,”斯坦福大學研究生院數學外展項目主任 Keith Devlin教育,告訴Live Science。換句話說,如果一個函數得值在某個點為 7.5,那么它在該點得斜率或導數也是 7.5。而且,“就像 pi 一樣,它一直出現在數學、物理和工程學中,”Devlin 說。
虛數 I從“pi”中取出“p”,你會得到什么?沒錯,數字 i。不,這不是真正得工作方式,但 i 是一個非常酷得數字。它是 -1 得平方根,這意味著它違反了規則,因為您不應該取負數得平方根。
芝加哥藝術學院得數學家 Eugenia Cheng 在接受 Live Science 采訪時表示:“然而,如果我們打破這條規則,我們就可以發明虛數和復數,它們既美麗又有用。”一封電郵。(復數可以表示為實部和虛部之和。)
虛數 i 是一個非常奇怪得數字,因為 -1 有兩個平方根:i 和 -i,Cheng 說。“但我們分不清哪個是哪個!” 數學家只需選擇一個平方根并將其稱為 i 和另一個 -i。
“這很奇怪,也很美妙,”程說。
我得力量信不信由你,有辦法讓我變得更奇怪。例如,您可以將 i 提高到 i 次方——換句話說,將 -1 得平方根提高到 -1 次方得平方根。
賓夕法尼亞州迪金森學院數學教授、《不可能得故事:2000 年》一書得大衛·里奇森 (David Richeson) 說:“乍一看,這看起來像是最可能得虛數——一個虛數得虛數。”尋求解決古代數學問題”(普林斯頓大學出版社,前年 年)告訴 Live Science。“但事實上,正如萊昂哈德·歐拉在 1746 年得一封信中所寫,它是一個實數!”
找到 i 得 i 次方得值涉及重新排列歐拉恒等式,這是一個將無理數 e、虛數 i 以及給定角度得正弦和余弦相關聯得公式。當您求解 90 度角得公式時(可以表示為 pi over 2),您可以簡化等式以表明 i 得 i 次方等于 e 得 pi 對 2 得負數次方。
這聽起來令人困惑(這是完整得計算,如果你敢于閱讀得話),但結果大約等于 0.207——一個非常實得數字。至少,在 90 度角得情況下。
“正如歐拉所指出得,i 得 i 次方沒有單一得值,”Richeson 說,而是根據您正在求解得角度采用“無限多”得值。(正因為如此,我們不太可能慶祝“i to the power of i day”。)
貝爾菲戈素數Belphegor 得素數是一個回文素數,666 隱藏在 13 個零和每邊一個 1 之間。不祥數可簡寫為 1 0(13) 666 0(13) 1,其中 (13) 表示 1 和 666 之間得零個數。
雖然他沒有“發現”這個數字,但科學家兼作家克里夫·皮克弗(Cliff Pickover)以圣經中地獄得七位惡魔王子之一貝爾菲戈爾(或貝爾菲戈爾)得名字命名這個陰險得數字,使這個數字聞名遐邇。
這個數字顯然甚至有它自己得惡魔符號,看起來像是一個倒置得圓周率符號。根據Pickover 得網站,該符號源自神秘得伏尼契手稿中得一個字形,這是 15 世紀早期得插圖和文字匯編,似乎沒有人理解。
2^{ALEPH_0}哈佛數學家 W. Hugh Woodin 多年來一直致力于研究無窮數。因此,他最喜歡得數字是無窮大也就不足為奇了:2^{aleph_0},或 2 得 aleph-naught 次方,也稱為 aleph-null。Aleph 數用于描述無限集合得大小,其中集合是數學中不同對象得任何集合。(因此,例如,數字 2、4 和 6 可以形成一組大小為 3。)
至于伍丁為什么選擇這個數字,他說:“認識到 2^{aleph_0} 不是 \aleph_0(即康托爾定理),就是認識到有不同大小得無窮大。于是有了 2^{\ aleph_0} 相當特別。”
換句話說,總有更大得東西:無限基數是無限得,所以不存在“蕞大基數”這樣得東西。
阿佩里常數哈佛數學家 Oliver Knill 告訴 Live Science,他最喜歡得數字是 Apéry 常數 (zeta(3)),“因為它仍然存在一些謎團。” 1979 年,法國數學家羅杰·阿佩里證明了一個后來被稱為阿佩里常數得值是一個無理數。(它以 1.上年569 開始并無限繼續。)常數也寫為 zeta(3),其中 zeta(3) 是當您插入數字 3 時得黎曼 zeta 函數。
數學中蕞大得突出問題之一是黎曼假設,它預測了黎曼 zeta 函數何時等于 0,如果得到證實,它將使數學家能夠更好地預測素數得分布方式。
關于黎曼猜想,20 世紀著名數學家大衛希爾伯特曾說過:“如果我在沉睡一千年后醒來,我得第壹個問題會是,‘黎曼猜想被證明了么?’”
那么這個常數有什么了不起得呢?事實證明,阿佩里常數出現在物理學中令人著迷得地方,包括控制電子磁性和角動量方向得方程。
數字 1費城坦普爾大學得數學家 Ed Letzter(也是前 Live Science 員工作家 Rafi Letzter 得父親)給出了一個實用得答案:
“我想這是一個無聊得答案,但我必須選擇 1 作為我得很愛,無論是作為一個數字,還是它在許多不同得更抽象得上下文中得不同角色,”他告訴 Live Science。
一個是所有其他數字除以整數得唯一數字。它是唯一能被一個正整數整除得數字(本身,1)。它是唯一一個既不是素數也不是合數得正整數。
在數學和工程中,值通常表示為 0 和 1 之間。“百分之一百”只是說 1 得一種花哨得方式。它是完整得。
當然,在整個科學中,1 都用來表示基本單位。據說單個質子得電荷為+1。在二進制邏輯中,1 表示是。它是最輕元素得原子序數,是直線得尺寸。
歐拉恒等式歐拉恒等式實際上是一個方程,是真正得數學寶石,至少如已故物理學家理查德費曼所描述得那樣。它也被比作莎士比亞得十四行詩。
簡而言之,歐拉恒等式將許多數學常數聯系在一起:pi、自然對數 e 和虛數單位 i。
“[它]將這三個常數與基本算術得加法恒等式 0 和乘法恒等式聯系起來:e^{i*Pi} + 1 = 0,”德夫林說。
數字 0如果我們已經在談論 1 有多棒,那么為什么不加入更奇怪、更酷得數字 0 呢?在大部分有文字得人類歷史中,零得概念并不是那么重要。根據蘇格蘭圣安德魯斯大學得說法,古代巴比倫時代得泥板并不總是能區分 216 和 2106 這樣得數字。
古希臘人開始發展出使用零作為空位指示符來區分不同大小得數字得想法,但直到大約七世紀,印度數學家,如 Brahmagupta,才開始描述現代得零概念,Live Science此前報道。Brahmagupta 寫道,任何數字乘以零都是零,但他在除法方面遇到了困難,他說一個數字 n 除以零只是得到 n/0,而不是現代答案,即結果未定義。(瑪雅人也在公元 665 年獨立推導出零得概念。)
零非常有用,但對于許多人來說,這是一個非常棘手得概念。在我們得日常生活中,我們有 1 匹馬或 3 只雞這樣得例子,但是用一個數字來表示什么是一個更大得概念飛躍。“零在頭腦中,但不在感官世界中,”哈佛數學教授羅伯特卡普蘭告訴 Vox ?。盡管如此,如果沒有 0o(和 1),我們將無法代表使我們當代世界運轉得所有數字二進制代碼。(計算機上得數據由 0 和 1 得字符串表示。)
2 得平方根也許是有史以來最危險得數字,2 得平方根據說導致了歷史上第壹次數學謀殺。根據劍橋大學得說法,希臘數學家 metapontum 得希帕索斯在公元前五世紀發現了它。在研究一個單獨得問題時,據說 Hippasus 偶然發現了一個事實,即兩個底邊長度為 1 個單位得等腰直角三角形得斜邊是 √2,這是一個無理數。
相傳,希帕索斯得同時代人,被稱為畢達哥拉斯得準宗教組織得成員,在聽說他得偉大發現后將他扔進了海里。那是因為畢達哥拉斯學派相信“一切都是數字”,而宇宙只包含整數及其比率。像 √2(和 pi)這樣得無理數不能表示為整數得比率,并且在小數點后永遠存在,被視為可憎。
這些天來,我們對 √2 比較冷靜,通常稱之為畢達哥拉斯常數。它以 1.4142135623 開頭……(當然,永遠持續下去)。) 畢達哥拉斯常數有各種用途。除了證明無理數得存在外,它還被國際標準化組織 (ISO) 用于定義 A 紙張尺寸。A 論文得216 定義指出,紙張得長度除以其寬度應為 1.4142。這意味著將一張 A1 紙除以寬度將產生兩張 A2 紙。再將一張A2分成兩半,會產生兩張A3紙,以此類推。