2010 年 szlug 的一次例行聚会正好是在 3月14日举行,这是一年一度的 Pi Day,聚会后回来写了这篇文章,最初是发表在 szlug 的邮件列表中。
看网上的报道,2009年3月初,美国众议院正式通过了一项法案,将每年的3月14日定为美国国家圆周率日。它鼓励学校借此机会向学生讲授 π 的知识,鼓励他们学习数学。美国竞争技术协会主席 Jonathan Zuck 认为它将是改进数学和科学教育的机遇。
如果家里有小孩子,可以利用这个机会向他介绍一些基本的数学知识,在玩耍中学习,这样可以得到更多的乐趣。
同时,庆祝 Pi Day 也是一种文化上的创新。
右边那个 pie 的圆周率是用二进制形式表示的,因为参加聚会的都是程序员(世界上只有10种人,一种懂二进制,一种不懂),3月14日也是大物理学家爱因斯坦的生日,因此放上了 E=mc^2 这个很著名的公式来纪念他。
pie 的中间有一个用电阻(R),电容(C),电感(L)拼成的 π,这是电子技术里最基本的三种器件,电感和电容的物理模型和数学模型里就有常数 π,振荡电路计算里也有 π,电子技术也是计算机的底层基础(操作系统就是跑在一堆破铜烂铁上的工具…)。
左边这个 pie 的图案本来想用 π 的莱布尼茨公式 1 - 1/3 + 1/5 - 1/7 + 1/9 - ... = π/4,有个数学家说他小时就是因为看到这个漂亮的公式而决定成为数学家的。突然又想到一个更让人吃惊的公式,就是著名的巴塞尔问题:1 + 1/2^2 + 1/3^2 + 1/4^2 + ... = π^2/6,所有自然数平方的倒数相加居然等于 π 的平方除以 6,很多人第一次看到这个公式都觉得很吃惊,在这个地方居然出现了 π。这个问题难倒了很多数学家,包括大名鼎鼎的伯努利家族[注1]都攻之不下,后来欧拉解决了它,这让他马上就变得非常有名了,当时年仅 28 岁。
欧拉的方法非常巧妙,他用正弦函数和泰勒级数展开式作出了证明,我是在科普书《天才引导的历史》[注2]第一次看到这个公式的证明的,非常震撼。欧拉不仅证明了 2 次方的情况,他还把问题一般化,求出了 4 次、6 次,2n 次方的结果,每个结果里都有 π。
后来德国英年早逝的数学家黎曼从这个问题推广,定义了黎曼Zeta函数,提出和素数分布有关的黎曼猜想[注3],这一猜想是目前数学上最重要的未解决的问题之一,谁能证明它,将得到克雷数学研究所的 100 万美元奖金。
这个 pie 中间部分设计得太粗糙,如果用几个晶体管画一个逻辑门应该不错。也可以把布丰投针问题的图案设计进去。
总之,用来庆祝 Pi Day 的图案的创意是非常多的,每个图案都有一个长长的故事。
中国古代的数学缺点太多,一直以计算为主,中国古代数学家被称为筹人,筹就是指算筹。古希腊则抽象,发展出了完整的演绎证明方法,杰出的工作如《几何原本》。还有数学之神阿基米德,莱布尼兹曾说过:了解了阿基米德的人,对后来杰出人物的成就就不会再那么钦佩了。
宇宙这本书是上帝用数学书写的!