Квадратура круга
3. У нас встарину употреблялся сходный с древнеегипетским (см. предыдущую задачу) прием вычисления площади круга, рекомендуемый старинными русскими руководствами по землемерному делу площадь круга приравнивалась площади квадрата со сторонами равными
диаметра. Какой способ точнее — этот или древнеегипетский?4. Валлис нашел (1656 г.) для вычисления π следующий ряд
и т. д.
Лейбниц вывел (1674) такое равенство:
Почему этими равенствами нельзя воспользоваться для точной квадратуры круга?
5. Индусский математик Брамагупта (VII век) предложил для π следующее приближенное выражение:
Как помощью этого выражения приближенно решить задачу о квадратуре круга?
6. Проверьте следующее приближенное равенство:
Как воспользоваться этим соотношением для приближенной квадратуры круга?
7. Проверьте приближенное равенство
Как воспользоваться им для приближенной квадратуры круга?
8. Проверьте следующее соотношение: периметр прямоугольного треугольника с катетами в
идиаметра круга, приближенно равен длине окружности этого круга.Как помощью этого соотношения приближенно решить задачу о квадратуре круга?
9. Голландский инженер Петр Меций нашел (в 1585 г.) для π легко запоминаемое выражение
. Представив его в виде десятичной дроби, установите, сколько в ней верных цифр.10. Придумайте самостоятельно какое-нибудь правило, практически удобное для быстрого приближенного вычисления площади круга.
Ответы и указания
1. Если радиус круга R, то площадь его πR2, а длина окружности 2πR, Квадрат, площадь которого старинное правило принимает равной площади круга, имеет сторону длиною
. Площадь такого квадрата равнаОтношение
показывает, что старинное правило дает преуменьшение почти на 22 %.
2. Из отношения
легко установить, что изложенное в задаче правило дает преувеличение примерно на 0,6 %.
3. Правило дает преуменьшение примерно на 2½%.
4. Оба выражения не решают задачи о квадратуре круга, потому что они не могут быть найдены помощью конечного числа математических операций.
5. Построив (рис. 6) прямоугольный треугольник с катетами в 1 и 3 единицы длины, получаем гипотенузу длиною в
, т. е.тех же единиц. Этот отрезок приближенно выражает длину окружности, диаметр которой равен взятой единице длины. Зная это, можно построить прямоугольник, приближенно равновеликий кругу; таким прямоугольником будет, например, прямоугольник со сторонами в 1 иединиц длины.Построенный прямоугольник легко превратить в равновеликий квадрат. (См. рис. 3 и относящийся к нему текст).
6. Сумма
. Зная, что при радиусе, равном единице длины,есть сторона вписанного квадрата (рис. 4), a— сторона вписанного равностороннего треугольника (рис. 5), легко построить отрезок, приближенно равный длине полуокружности. Дальнейший ход построения читатель найдет сам, руководствуясь указаниями, данными выше.7. Сумма
. Для построения отрезка вединиц длины, надо уметь построить отрезок равныйединиц длины. Построение может быть выполнено, как нахождение средне-пропорционального между отрезками в 1 и 1,8 ед. длины (рис. 7). Далее — см. решения предыдущих задач.8. Так как выражение
равно
, то задача является видоизменением предыдущей.9. Семь верных цифр.
10. Подобных правил можно предложить много. Вот одно из возможных: площадь круга приближенно равна ¾ площади описанного квадрата плюс половина десятой доли этой величины. Легко видеть, что здесь π принимается равным 3,15 — приближение достаточное для многих практических целей.
Что читать
Исторические сведения, относящиеся к задаче о квадратуре круга, изложены в книгах:
Цейтен, Г. — История математики в древности и в средние века. ГТТИ. 1932. 230 стр.
Кэджори, Ф. — История элементарной математики. «Mathesis». 1917. 478 стр.
Чвалина, А. — Архимед. ГТТИ. 1934. 40 стр.
Полезные сведения дают брошюры:
Бончковский, Р. — Площади и фигуры, Акад. Наук СССР. 1937. 136 стр.
Лебедев, В. — Очерки по истории точных наук. Вып. IV. Знаменитые геометрические задачи древности. 1920. 71 стр.
Самым полным сочинением на эту тему является книга:
О квадратуре круга. ОНТИ. 1936. 236 стр. Классические сочинения Архимеда, Гюйгенса, Ламберта и Лежандра, которым предпослан очерк по истории вопроса Ф. Рудио.
Информация об издании
Ответственный редактор В. А. КАМСКИЙ.
Набор и матрицы изготовлены в Типографии № 1 им. Володарского, управление издательств и полиграфии исполкома Ленгорсовета, Л-град, Фонтанка, 57. М 49584. Подп. к печати 16/IV 1941 г. Заказ № 4021