π, буква греческого алфавита, применяемая в математике для обозначения определённого иррационального числа, именно - отношения длины окружности к диаметру. Это обозначение (вероятно, от греч. περιφερεια окружность, периферия) стало общепринятым после работы Л.
Эйлера, относящейся к 1736, однако впервые оно было употреблено английским математиком У. Джонсом (1706). Как
и всякое иррациональное число, π представляется бесконечной непериодической десятичной дробью: π = 3,141592653589793238462643...
Нужды практических расчётов, относящихся к окружности
и круглым телам, заставили уже в глубокой древности искать для π приближений с помощью рациональных чисел. Древнеегипетские вычисления (2-е тысячелетие до нашей эры) площади круга соответствуют приближённому значению π ≈
3 или, более точному, π ≈ (
16/
9)
2 = 3,16049...
Архимед (3 в. до н. э.), сравнивая окружность с правильными вписанными
и описанными многоугольниками, нашёл, что π заключается между
= 3,14084...
и = 3,14285
(последним из этих приближений до сих пор пользуются при расчётах, не требующих большой точности). Китайский математик Цзу Чун-чжи (2-я половина 5 в.) получил для π приближение 3,1415927, вновь найденное в Европе значительно позднее (16 в.); это приближение даёт ошибку лишь в 7-м десятичном знаке. Поиски более точного приближения π продолжались
и в дальнейшем, например аль-
Каши (1-я половина 15 в.) вычислил 17 десятичных знаков π, голландский математик Лудольф ван Цейлен (начало 17 в.) - 32 десятичных знака. Для практических надобностей, однако, достаточно знать несколько десятичных знаков числа π
и простейших выражений, содержащих π; в справочниках обычно даются приближённые значения для π, 1/π
и π
2, lgπ с 4-7 десятичными знаками.
Число π появляется не только при решении геометрических задач. Со времени Ф.
Виета (16 в.) разыскание пределов некоторых арифметических последовательностей, составляемых по простым законам, приводило к этому же числу π
. Примером может служить ряд Лейбница (1673-74):
Этот ряд сходится очень медленно. Существуют значительно быстрее сходящиеся ряды, пригодные для вычисления π. Так, например, формула
π
= 24 arc tg
+ 8 arc tg
+ 4 arc tg
где значения арктангенсов с помощью ряда
arc tg
x =
была использована (1962) для вычисления с помощью ЭВМ ста тысяч десятичных знаков числа π
. Такого рода вычисления приобретают интерес в
связи с понятием случайных
и псевдослучайных чисел (См.
Случайные и псевдослучайные числа)
. Статистическая обработка указанной совокупности знаков π показывает, что она обладает многими чертами случайной последовательности.
Возможность чисто аналитического определения числа π имеет принципиальное значение
и для геометрии. Так, в неевклидовой геометрии π также участвует в некоторых формулах, но уже не как отношение длины окружности к диаметру (это отношение в неевклидовой геометрии вовсе не является постоянным). Средствами анализа, среди которых решающую роль сыграла замечательная формула Эйлера e
2πi= 1 (
е - основание натуральных логарифмов, см.
Неперово число;
), была окончательно выяснена
и арифметическая природа числа π.
В конце 18 в.
И.
Ламберт и А.
Лежандр установили, что π
- число иррациональное, а в 1882 немецкий математик Ф. Линдеман доказал, что оно трансцендентно, т. е. не может удовлетворять никакому алгебраическому уравнению с целыми коэффициентами. Теорема Линдемана окончательно установила невозможность решения задачи о квадратуре круга (См.
Квадратура круга)
с помощью циркуля
и линейки.
Лит.: О квадратуре круга (Архимед, Гюйгенс, Ламберт, Лежандр). С приложением истории вопроса..., пер. с нем., 3 изд., М.- Л., 1936; Shanks D., Wrench J. W., Calculation of π to 100 000 decimals, "Mathematics of Computation", 1962, v. 16, № 77.