在歐幾里德空間中,圓的周長(zhǎng)和直徑之比是一個(gè)常數(shù),該常數(shù)就是我們所說(shuō)的圓周率π。在很多數(shù)學(xué)、物理學(xué)公式中,都包含了圓周率,例如,正態(tài)分布的概率密度函數(shù):
梅欽類(lèi)公式:
圓周率的萊布尼茨公式(無(wú)窮級(jí)數(shù)):
圓周率的拉馬努金公式:
廣義相對(duì)論的引力場(chǎng)方程:
庫(kù)倫定律:
單擺周期:
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),之所以很多數(shù)學(xué)和物理學(xué)公式看似與圓形或者球形無(wú)關(guān)但卻包含圓周率,是因?yàn)檫@些公式往往隱含著對(duì)稱(chēng)性和周期性。無(wú)論是具體的圓形或者球形,還是抽象的圓形或者球形,公式中都會(huì)涉及到圓周率。
很多模型都會(huì)涉及到幾何學(xué),例如,電磁學(xué)中的高斯磁定律。為了在數(shù)學(xué)上進(jìn)行簡(jiǎn)化,很多物理學(xué)公式都會(huì)假設(shè)徑向?qū)ΨQ(chēng),這樣自然而然地就會(huì)引入與球有關(guān)的概念,所以圓周率也就會(huì)包含其中。
另一方面,很多公式都具有周期性。根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)可知,任何具有周期性的函數(shù)都能展開(kāi)為由正弦和余弦函數(shù)組成的無(wú)窮級(jí)數(shù),而三角函數(shù)能夠通過(guò)單位圓來(lái)進(jìn)行定義,所以傅里葉展開(kāi)式中必然會(huì)包含圓周率。
從另一個(gè)更直接的角度來(lái)看,物理學(xué)和機(jī)械工程中經(jīng)常會(huì)涉及到一種常見(jiàn)的偏微分方程——泊松方程。求解這種偏微分方程的常用方法是利用格林函數(shù),而圓周率(形式為1/π)存在于格林函數(shù)之中,這就使得很多公式中會(huì)包含圓周率。
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