【注:下文是单位群邮件的内容,标题是后加的。】
忽然想起一个问题:牛顿二项式定理起源于计算圆的面积吗?
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然后我画了个1/4圆,放到第一象限。写出它的方程:y=sqrt(r^2-x^2)。牛顿之前的人已经知道圆的面积为 π· r^2。若取r=1,则圆的面积在数值上等于π。而牛顿的确计算过π值,而且精确到小数点后16位!写传记的人曾表示,牛顿在这方面好像有点强迫症。我倒不这么认为。更有可能的原因是 —— 牛顿由于发现了计算π值的新方法而感到由衷的兴奋,忍不住要验证一番,进而想算出更多的位数。
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那么,怎么去计算那个1/4圆的面积呢?自然想到 —— “方”法。怎么个“方”法唻?这个1/4的圆与横竖两个坐标轴相交,得到两个交点。x轴上的交点到原点的距离为 r,形成一条线段。先试着把它分为4段,然后画出圆的3个内接小矩形。用它们的面积作为1/4圆面积的初步近似。三个小矩形的面积依次为:
1/4 r sqrt(r^2-(1/4 r)^2)
1/4 r sqrt(r^2-(2/4 r)^2)
1/4 r sqrt(r^2-(3/4 r)^2)
注:头起的 1/4 r 是小矩形的底边长度。(底边分了4段,但只能得到三个小矩形)。
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上面把r=1代入,全部加起来,即得到 1/4圆的面积的下界估计,也就是 1/4 π 的下界估计。于是,立刻得到:
π ~ 1/4 sqrt(15) + 1/2 sqrt(3) + 1/4 sqrt(7).
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这样就出现了计算开方的问题。(注意,在牛顿的时代,人们好像已经知道,可以用有理数表示任何(实)数值的精确近似值。所以,上面的开根号的数值不算到头,必须用有理数表示出来才行。)
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折腾了一通(填了一张A4纸),睡觉去了。其实心里挺发愁的,怎么办呢?到现在原来连根号2都算不出-_-! 睡觉前的折腾尝试了两个思路:1. 几何途径;2. 二项展开。睡起后转到A4纸的背面,考虑了弦截法,看是否能对y=sqrt(x)-sqrt(2)求根。然后又回到二项展开。那张A4纸的正面有个表达式 (1+x)^2=2,其实放在那里并没有展开。这会儿把它展开罢,得到 x (2+x)=1。然后又没辙了。。。
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正当一筹莫展的时候,忽然想到“不动点”方法(读研时了解到的),即构造算子,使得 x=T(x),再令 x_n=T(x_{n-1}),迭代求解。回到那个展开式,立刻得到 x = 1/(2+x)。写成迭代格式:x_n=1/(2-x_{n-1})。取x0=1,得到 x1=1/3,x2=1/(2+1/3)=3/7, x3=1/(2+3/7)=7/17。。。很高兴地,总算找到了“方”法。
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回头看,展开式整理后的那个式子 x (2+x) =1,已经归为“矩形”了(简称“归矩”)—— (左端)两个不同的量做乘法曰矩。嘿嘿。整个地来看,从 (1+x)^2=2 到 x (2+x) =1,是个“化方为矩”的过程,或者由一个“方”转化为另一个“方”,而从后者找到了出口。
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写到这里,忽有所悟、兼有所叹:内禀知识只能起源于内禀智力(即天赋) —— 吾非生而知之矣!(换句话说,不是天才就无法产生“元知识”或非派生的知识。或者说,发掘自身的独特禀赋,要比学习重要得多!)
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“方”字的本义为“并船”