为什么数学中好多和圆没关系的公式里却都含有π?

雪鹰365


这个问题特别深邃。

我先从物理的角度给你做一个类比。其实,学物理学到一定的境界,你会发现物理中只有两个速度,一个是速度等于0,另外一个是速度等于光速。为什么会这样?因为如果一个速度不等于光速的物体,我们把参考系改到这个物体本身,就可以发现这个物体的速度等于零。所以,在物理中,与速度有关的常数其实只有一个,那就是光速。而且速度的这个世界是一个二进制的世界,要么0,要么光速。

在数学中,也有类似的现象,表面上我们看到有很多数,但真正有重要意义的数只有圆周率与欧拉自然常数等少数几个数——这些常数一般是无理数,但它们是有几何意义的,而且都与无限求和有关。比如我们把自然数的平方的倒数和求出来,就会自然出现圆周率。那么问题来了,正如你所说,为什么要出现圆周率?1994年,有一个叫john. tate的哈佛大学教授提出了所谓的动机理论。在这个理论中,黎曼函数起到了最基础的作用。这个理论中,有人研究了费曼图,发现费曼图中的环圈的数量与一个叫做权重的数学概念有关。所有权重等于0的周期对应着代数数。而圆周率这样的数对应的权重是2。黎曼级数的权重是比2大的各个偶数。在这个理论中,按照权重来分类,这个世界的数学结构也很简单。我们日常生活中遇见的很多问题与圆周率有关,本质上就是权重为2。


潇轩


本题很厉害,但是你错了,π不可能与圆没关系。有物理悟性的学子,皆有“英雄所见略同”的同感。以下列出与无关又有关的四个公式。

不只数学公式,更重要是物理公式,只要有π,就必然与旋转运动有关。旋转,包括自旋与绕旋或进动,正是一切运动的根本特征。

例1:欧拉公式:e^iπ=-1,意味着自然螺线lim(1+1/n)^n沿着单位元(R=1)切向逆时针外向旋转180°,等效于直线坐标系的单位1反向位移1个单位(-1)。

例2:正弦函数值:sinπ/6=1/2,意味着在平面直角坐标系中,单位1逆旋30°后在纵轴上的投影值。

例3:狄拉克常数:hbar=h/2π,也叫约化普朗克常数,把自旋线动量距“h=mcλ*”旋转1圈,作为自旋角动量矩“hbar=mcr*”。具体解释如下:

在正负电子湮灭反应中,临界光子的波长,即电子康普顿波长λ*=2.42e-12m,可折换成球形光子半径:r*=λ*/2π=3.9e-13m,可推导普朗克常数:h=m*cλ*=6.63e-34Js。

例4:加速度定律:F=ma=mv²/r=m(2πω)²/r,意味着,当物系所受合外力为零时,物系的运动状态,要么处于静止,要么作匀速圆周运动或测地线循环。

提示:数学常数,原本来自对物理实验的参数大数据统计结果。学会解释数学常数的物理意义,物理可走得较深远。


物理新视野


水平不高,打个比方,触类旁通。比如一个函数的解在一个平面内,有规律的分布着,那么就有可能用几何作图的方法,在这个平面上表示出来。圆心在0时,不断向外扩散,那么这些解必定在圆上。即使一个没有用到PAI的函数,也可以写成pai的形式。


内涵星系联邦


空间中描述物体的基本量是什么?涉及到哪些基本常数?

π 最初由圆周引出。

但我们知道物体运动只含有两种基本运动一一平移和旋转,即所有运动不管它有多复杂,都是这两种基本运动的复合。

平移用距离(它的基本量为1,距离都是1的倍数)来描述确定,而旋转用角度来描述。

要知道角度是圆周角(即圆)的倍数,其中当然含有常数π 。

故世界上任何运动是距离s和角度乄(读阿法)的函数。同样空间物体定位也是这两种量的函数。

这样一来,你生活的空间中,就含有基本常数1和π 。


彭彤彬


不是没关系,单纯从数学角度,都是有关系的。你举几个看起来没关系的例子。之前看到一个介绍巴塞尔级数的视频,也就是平方倒数和,等于六分之一π平方,就用一种十分巧妙的方法,把这个级数同圆联系到了一起,并计算出了这个结果。链接http://www.bilibili.com/video/av20400157

所以我认为,不是没关系,只是因为没想到


又年幼年


π 的定义最早是由圆来引出的,但是这并不意味着它只能和圆关联。

现代数学揭示出,π 广泛存在于数学的角角落落,甚至概率论中都有它的身影。

这意味着 π 的意义远不止于圆, π 与圆关联只是一种表象。

在现代,我们甚至可以抛弃它的原始定义(周长直径之比),从各个角度给它新的定义。只有这些新定义的出现,才能使我们从不同角度更深刻地理解其内涵。


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