Секреты числа пи [Почему неразрешима задача о квадратуре круга] (Мир математики. т.7.)

Перенесемся в Древнюю Грецию — родину одного из величайших умов человечества, Архимеда из Сиракуз. Возможно, еще в V веке до н. э. вычислением числа π занимался Анаксагор, но письменных свидетельств этого не сохранилось. Мы не будем приводить здесь выкладки Архимеда о расчете приближенного значения π, так как они сложны и объемны. Оставим их историкам науки. Попробуем объяснить метод Архимеда простым и доступным образом, используя современное понятие предела. Представим себе многоугольник, вписанный в окружность, подобный тому, что изображен на рисунке.

Заметим, что он состоит из треугольников с основаниями Ь и высотой h. Общая площадь n треугольников, примерно равная площади круга, равна

S_n = п площадь треугольника.

Таким образом,

Перейдя к пределу и увеличивая число треугольников так, что n —> , получим

так как

и придем к следующему заключению:

Архимеду было неизвестно современное определение предела, и он использовал так называемый метод исчерпывания, созданный Евдоксом Книдским (400–347 до н. э.). Для этого Архимед использовал вписанные и описанные многоугольники, как показано на рисунке. Окружность заключалась между вписанным и описанным многоугольниками, соответственно, была ограничена и площадь окружности. С ростом числа углов многоугольников оценка площади окружности становилась все точнее.

Схема, на которой изображен так называемый переход к пределу, поможет понять, почему площадь круга равняется πr²:

Мы видим, как формируется криволинейный параллелограмм и его стороны постепенно распрямляются. Вспомним, что площадь параллелограмма равна произведению стороны на высоту, проведенную к этой стороне. Высота постепенно приближается к значению радиуса r, а основание — к половине длины окружности. Площадь параллелограмма стремится к

r∙(l/2) = r∙(2πr/2) = rπr = πr²

Архимед вычислил верхнюю и нижнюю оценку значения π:

223/π = 3,140845… < π < 22/7 = 3,142857…

с отменной точностью.