Алекс Беллос - Алекс в стране чисел. Необычайное путешествие в волшебный мир математики

За столетие до Клайна другой эстрадный вычислитель, Йохан Захария Дазе, также поступил на работу в научное учреждение, чтобы вычислять необходимые суммы. Дазе родился в Гамбурге и начал выступать в качестве эстрадного вычислителя еще подростком. Тогда он и попался на глаза двум видным математикам. В те времена, до изобретения электронных или механических калькуляторов, ученые всякий раз, когда им требовалось выполнить сложное умножение или деление, полагались на таблицы логарифмов. У каждого числа есть свой собственный логарифм (я буду говорить об этом подробнее в следующей главе), который можно вычислить, пользуясь трудоемкой процедурой сложения дробей. Дазе вычислил натуральные логарифмы первых 1 005 000 чисел с точностью до 7 десятичных разрядов каждый. Это заняло у него три года, и, по его словам, работа доставила ему удовольствие. Затем, по совету математика Карла Фридриха Гаусса, Дазе приступил к более масштабному предприятию: составлению таблиц множителей, на которые разлагаются все числа, лежащие между 7 000 000 и 10 000 000. Это означало, что он брал каждое из чисел в указанном диапазоне и вычислял его делители — то есть находил целые числа, на которые данное число делится. Например, у числа 7 877 433 только два делителя: 3 и 2 625 811. К моменту своей смерти в возрасте 37 лет Дазе реализовал значительную часть этой программы.

Однако гораздо чаще Дазе вспоминают совсем за другое вычисление. Еще подростком он вычислил число π с точностью в 200 разрядов, что для того времени было рекордом.

В окружающем нас мире окружности и круги присутствуют повсюду — и в видимой форме Луны, и в глазах людей и животных, и в срезе яйца, которое вы едите на завтрак. Привяжите собаку к шесту, воткнутому в землю, и путь, по которому она будет бегать вокруг шеста, охраняя территорию на натянутом поводке, будет окружностью. Окружность — это простейшая геометрическая форма. И древнему египтянину, прикидывающему, сколько зерна потребуется, чтобы засеять круглое поле, и римскому мастеровому, отмеряющему, сколько дерева пойдет на колесо, требовались вычисления, связанные с окружностями.

Уже в античные времена люди понимали, что отношение длины окружности к ее диаметру всегда одно и то же, независимо от величины окружности. Это отношение известно как число π, его величина — чуть больше трех. Так что если вы возьмете диаметр окружности и, слегка изогнув, приложите его к самой окружности, то окажется, что он укладывается в ней три с небольшим раза.

Хотя число π и представляет собой простое отношение, если выражать его через свойства окружности, задача нахождения его точного значения оказалась вовсе не простой. Эта неуловимость числа π тысячи лет завораживала математиков. И чего тут удивляться! π — единственное число, одновременно являющееся названием и песни (Кейт Буш) [26] Буш Кейт (Kate Bush) — английская исполнительница, работающая на стыке поп-музыки и прогрессивного рока; песня «Pi» вошла в альбом «Aerial» (2005). В словах этой песни имеются такие строки: ………………………………… In a circle of infinity 3,141592653589793238462643383279 Oh he love, he love, he love 50288419716939937510 5823197494459230781 6406286208821480865132. ………………………………… He does love his numbers ………………………………… 8230664709384460955058223 ( Примеч. nepeв. ) , и парфюма (мужской туалетной воды от «Givenchy»). Кстати, из отдела «Givenchy» по связям с общественностью мне прислали следующий текст:

π — Пи

ЗА ПРЕДЕЛАМИ БЕСКОНЕЧНОСТИ

Прошло четыре тысячи лет, а эта тайна

все еще остается тайной.

И хотя каждый школьник изучает π,

этот знакомый символ

по-прежнему скрывает в себе бездны

величайшей сложности.

Почему мы выбрали π как вечный символ

мужского начала?

Все дело в знаках и указателях.

Если π — это история

долгой борьбы за достижение недостижимого,

то это и портрет

легендарного покорителя неизведанного,

идущего вперед в поисках Знания.

Пи говорит нам о мужчинах, обо всех мужчинах,

об их научном гении,

об их тяге к приключению, об их готовности

к действию

и об их стремлении к недостижимому.

Самые ранние приближения числа π дошли до нас от древних вавилонян, использовавших значение 3 1/ 8, и от египтян, которые пользовались значением 4( 8/ 9) 2, что в десятичных дробях выражается, соответственно, как 3,125 и 3,160.

Позднее, в Древней Греции, первым в череде гениев с необычайной страстью к числу π был Архимед — мыслитель, предпочитавший иметь дело с миром реальности, в отличие от Евклида, существовавшего в мире абстракций. Среди многочисленных изобретений Архимеда были гигантская катапульта и система зеркал, с помощью которых он сфокусировал солнечные лучи так, что поджег римские корабли во время осады Сиракуз. А кроме того, он оказался первым, кто предложил метод вычисления числа π.

Итак, Архимед нарисовал окружность, а затем построил два шестиугольника: один — вписанный в окружность, а другой — описанный вокруг нее, как указано на рисунке.

Одно это уже говорит нам, что значение числа π должно лежать где-то между 3 и 3,46 — это можно определить, вычисляя периметры двух шестиугольников. Если принять диаметр окружности равным 1, то периметр внутреннего шестиугольника равен 3, что меньше, чем длина окружности, равная π , что в свою очередь меньше, чем периметр внешнего шестиугольника, равный 3√2, то есть с точностью до двух десятичных разрядов — 3,46. (Архимед находил периметр внешнего шестиугольника, используя метод, который по сути был довольно канительным предшественником тригонометрии и который слишком сложен для того, чтобы здесь его приводить.) Итак,

3 < π < 3,46.

Если теперь повторить вычисление, используя два правильных многоугольника с более чем шестью сторонами, то для π получится более узкий интервал. Дело в том, что чем больше у многоугольника сторон, тем ближе его периметр к длине окружности, в чем можно убедиться, глядя на приведенный выше рисунок с двенадцатиугольником. Многоугольники ведут себя подобно стенам, смыкающимися вокруг π , зажимая его снаружи и изнутри, между все более узких пределов. Архимед начал с шестиугольников, а в конце довел дело до многоугольников с 96 сторонами, что позволило ему вычислить π следующим образом:

3 10/ 71< π < 3 1/ 7.

Это дает 3,14084 < π < 3,14289 — точность в два десятичных разряда.

Шестиугольники Двенадцатиугольники