円周率を求める
【関孝和 円周率の計算】
円周率は、円に内接する正多角形の周の長さをもとに、円周率の近似値をつくります。関は1681年頃に正13万1072角形を用いて
小数第11位まで求めました。 関はこの時、効率よく計算する方法を編み出しています。
円に内接する正2 ^n角形のnを一つずつ増やしていく時に、周の長さが等比数列になるという法則(エイトケン加速)を発見していました。
円周率を求めるには、直径1尺の円に正四角形を内接させ、次に正八角形、正16角形,最後に正131072角形を内接させる。
正多角形を内接すると、図のように、直角三角形が生ずる。直角を挟む短い辺を「勾」、長い辺を「股(こ)」、斜辺を「弦」と名付けます。
{三平方の定理の証明}
△ABCと△ACHが相似だから b:AH = C:b .・・b^2 = AHC・・AH = b^2 ÷ C
△ABCと△CBHが相似だから a:BH = C:a.・・a^2 = BHC・・BH = a^2 ÷ C
C = AH + BH = b ÷ C + a^2 ÷ C・・a^2 + b^2 = C^2
{三平方の定理(和算では勾股弦の定理)を使って、円周率を求める}
正四角形の勾 = AQ = 0.5 正四角形の股 = BQ =0.5
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正四角形の弦 = AB = √正四角形の勾^2 + 正四角形の股^2= √0.5^2 + 0.5^2 = √0.5
★正四角形の周の長さ{円周率} = 4×√0.5 = 2.82842712475
正八角形の股 = AD = AB/2 = √0.5/ 2 ( 0.35355339059)
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正八角形の勾 = 0.5 − DQ DQ = √AQ^2 − AD^2 = √0.5^2− (√0.5/ 2)^2
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= √ 0.25− 0.125 = √ 0.125 = 0.35355339059 勾 = 0.5 − 0.35355339059 = 0.14644660941
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正八角形の弦 = AC =√正八角形の勾^2 + 正八角形の股^2 = √0.14644660941^2 + 0.35355339059^2 =
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√0.0214466094 + 0.12499999999 = 0.38268343234
★正八角形の周の長さ{円周率} = 8×0.38268343234 = 3.06146745872
正16角形の股 = AF = AC/2 = 正八角形の弦/ 2 = 0.19134171617
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正16角形の勾 = 0.5 −√円の半径^2 − 正16角形の股^2 = 0.5 - √ 0.5^2 − 0.19134171617^2
勾 = 0.5 − 0.46193976625 = 0.03806023375
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正16角形の弦 = AC =√正16角形の勾^2 + 正16角形の股^2 =
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√0.038060023375^2 + 0.19134171617^2 = √0.03806021772 =0.19509028094
★正16角形の周の長さ{円周率} = 16×0.19509028094 = 3.12144449504
正32角形の股 = 正16角形の弦/ 2 = 0.09754514047
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正32角形の勾 = 0.5 − √円の半径^2 − 正32角形の股^2 = 0.5 - √ 0.5^2 − 0.09754514047^2
勾 = 0.5 − 0.49039264428 = 0.00960735572
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正32角形の弦 = AC =√正32角形の勾^2 + 正32角形の股^2 =
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√ 0.00960735572^2 + 0.09754514047^2 = √0.00960735571 =0.09801711947
★正32角形の周の長さ{円周率} = 32×0.09801711947 = 3.13654782304