원주율(파이,π)

수학노트

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개요

원주율(파이,π)는 원의 둘레와 지름의 비율
모든 원은 서로 닮음이므로, 이 비율은 상수이다

\(\pi=3.141592653589793238462643383279502884197169399375\cdots\)
수학의 수많은 곳에서 등장한다

표기법의 역사

http://collation.folger.edu/2015/03/pi-day-represented/
The first time we see the Greek letter π used in connection with circles is in Oughtred’s 1647 Key of the Mathematics. Here, Oughtred used π to represent the periphery (or circumference) of a circle and ∂ to represent the diameter in the ratio.
It wasn’t until the beginning of the 18th century that π started to be used in its current way, thanks to to William Jones’s A New Introduction to the Mathematics

원주율의 계산

아르키메데스의 부등식

\(223/71 < \pi < 22/7\)

비에타의 공식

1593년 François Viète에 의해 발견된 비에타의 공식
원주율의 무한곱 표현\[\frac{2}{\pi}=\frac{\sqrt{2}}{2}\frac{\sqrt{2+\sqrt{2}}}{2} \frac{\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2}}}}{2} \frac{\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2}}}}}{2} \frac{\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2}}}}}}{2} \frac{\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2}}}}}}}{2}\cdots\]

급수표현

1680년경에 발견된 라이프니츠 급수

\[1 \,-\, \frac{1}{3} \,+\, \frac{1}{5} \,-\, \frac{1}{7} \,+\, \frac{1}{9} \,-\, \cdots \;=\; \frac{\pi}{4}\]

마친의 공식

1706년 발견된 마친(Machin)의 공식\[\frac{\pi}{4}=4\alpha-\beta=4\arctan \frac{1}{5}-\arctan \frac{1}{239}\]

산술기하평균함수와 파이

산술기하평균함수(AGM)와 파이)

라마누잔의 공식

라마누잔은 1914년에 다음과 같은 공식을 발표\[\frac{1}{\pi}= \frac{2\sqrt2}{9801}\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(4n)!(1103+26390n)}{(n!)^{4}396^{4n}}\]
윌리엄 고스퍼는 1985년에 파이값의 천7백만자리를 계산하기 위해 이 공식을 사용
비슷한 형태로 다음과 같은 공식\[\frac{426880 \sqrt{10005}}{\pi} = \sum_{k=0}^\infty \frac{(6k)! (13591409 + 545140134k)}{(3k)!(k!)^3 (-640320)^{3k}}\!\]
라마누잔과 파이 항목을 참조

오일러와 파이

오일러의 공식\[e^{i \pi} +1 = 0\]
Ζ(2)의 계산, 오일러와 바젤문제(완전제곱수의 역수들의 합)\[\zeta(2)=\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^2}=\frac{\pi^2}{6}=\frac{(2\pi)^2}{24}\]
더 일반적으로 정수에서의 리만제타함수의 값은 다음과 같이 주어진다\[\zeta(2n) =(-1)^{n+1}\frac{B_{2n}(2\pi)^{2n}}{2(2n)!}, n \ge 1\]여기서 \(B_{2n}\)은 베르누이수.

BBP 공식

BBP 공식 항목 참조

\[\pi = \sum_{k = 0}^{\infty}\frac{1}{16^k} \left( \frac{4}{8k + 1} - \frac{2}{8k + 4} - \frac{1}{8k + 5} - \frac{1}{8k + 6} \right)\]

complex multiplication과 파이

타원곡선의 complex multiplication 이론과 타원 모듈라 j-함수 (j-invariant)는 다음과 같은 공식들을 이해할 수 있게 해준다\[\large e^{\pi \sqrt{163}}=262537412640768743.9999999999992500725\cdots\approx 262537412640768744\]\[e^{\pi \sqrt{43}} = 884736743.9997774660349066619374620785\approx 884736744\]\[e^{\pi \sqrt{67}} = 147197952743.9999986624542245068292613\approx 147197952744\]
숫자 163, 숫자 67 항목과 가우스의 class number one 문제

파이가 아니라 2파이다?

수학의 많은 공식에서는 \(\pi\)가 아닌 \(2\pi\)가 자연스럽게 등장
파이가 아니라 2파이다?

메모

관련된 항목들

계산 리소스

사전 형태의 자료

관련논문

Bailey, David H., Simon M. Plouffe, Peter B. Borwein, and Jonathan M. Borwein. “The Quest for PI.” The Mathematical Intelligencer 19, no. 1 (December 1, 1997): 50–56. doi:10.1007/BF03024340. http://crd.lbl.gov/%7Edhbailey/dhbpapers/pi-quest.pdf
Borwein, Jonathan M. “The Life of Π: From Archimedes to ENIAC and Beyond.” In From Alexandria, Through Baghdad, edited by Nathan Sidoli and Glen Van Brummelen, 531–61. Springer Berlin Heidelberg, 2014. http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-36736-6_24.
Schepler, Herman C. “The Chronology of PI.” Mathematics Magazine 23, no. 4 (March 1, 1950): 216–28. doi:10.2307/3029832. http://www.jstor.org/stable/3029832

관련도서

수학도깨비에게 원주율 배우기
- 최행진, 교우사, 2009-03-05
파이의 즐거음
- 데이비드 블래트너, 2003
Pi-unleashed
- Jörg Arndt, Christoph Haenel, C. Lischka, D. Lischka, 2000
Pi and the AGM
- Jonathan M. Borwein, Peter B. Borwein, 1998

관련기사

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메타데이터

위키데이터

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