🧵 Δύο Πανέμορφοι Τύποι για το π — και η Εκπληκτική Σειρά του Ramanujan

Χειροποίητο κέντημα σε φυσικό λινό, με φωλιασμένες καμπύλες από κοραλλί και πράσινο νήμα να συγκλίνουν σε ένα μεγάλο κεντημένο σύμβολο \(\pi\), ενώ το 1103 σχηματίζει μια δεύτερη ταχύτερη ροή. Το λογότυπο Eisatopon είναι ραμμένο ως πραγματική υφασμάτινη ετικέτα.
Άπειρες σειρές · Διπλά παραγοντικά · Ταχύτητα σύγκλισης

🧵 Δύο Πανέμορφοι Δρόμοι προς το \(\pi\)

Ένας στοιχειώδης τύπος και ένα υπολογιστικό αριστούργημα του Ramanujan

🌀 Ένα φωλιασμένο γινόμενο για το \(\pi/2\)

\[ \frac{\pi}{2} =1+\frac13\left(1+\frac25\left(1+\frac37\left(1+\frac49(1+\cdots)\right)\right)\right). \]

Ανοίγοντας διαδοχικά τις παρενθέσεις, παίρνουμε:

\[ \frac{\pi}{2} =1+\frac13+\frac{1\cdot2}{3\cdot5} +\frac{1\cdot2\cdot3}{3\cdot5\cdot7}+\cdots. \]

Ο γενικός όρος μετά το αρχικό \(1\) είναι

\[ a_n=\frac{n!}{3\cdot5\cdots(2n+1)} =\frac{n!}{(2n+1)!!}. \]
🔐 Μια σύντομη απόδειξη με ολοκλήρωμα

Ισχύει η ταυτότητα

\[ \int_0^1(1-x^2)^n\,dx =\frac{2^n n!}{(2n+1)!!}=2^n a_n. \]

Άρα

\[ \sum_{n=0}^{\infty}a_n =\int_0^1\sum_{n=0}^{\infty} \left(\frac{1-x^2}{2}\right)^n dx. \]

Η εσωτερική σειρά είναι γεωμετρική:

\[ \sum_{n=0}^{\infty}\left(\frac{1-x^2}{2}\right)^n =\frac{2}{1+x^2}. \]

Επομένως

\[ \sum_{n=0}^{\infty}a_n =\int_0^1\frac{2}{1+x^2},dx =2\arctan(1)=\frac{\pi}{2}. \]

⚡ Η περίφημη σειρά του Ramanujan

Η δεύτερη σχέση του screenshot γράφεται με διπλά παραγοντικά:

\[ \frac1\pi=\sqrt8\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(1103+26390n)(2n-1)!!(4n-1)!!} {99^{,4n+2}32^n(n!)^3}. \]

Με τη σύμβαση \((-1)!!=1\), ο τύπος ισχύει και για \(n=0\).

🧩 Τι είναι το διπλό παραγοντικό;

Το σύμβολο \(n!!\) πολλαπλασιάζει αριθμούς που μειώνονται ανά δύο:

\[ (2n-1)!!=1\cdot3\cdot5\cdots(2n-1), \]
\[ (2n)!!=2\cdot4\cdot6\cdots(2n). \]

Χρησιμοποιώντας

\[ (2n-1)!!=\frac{(2n)!}{2^n n!}, \qquad (4n-1)!!=\frac{(4n)!}{2^{2n}(2n)!}, \]

η σειρά μετατρέπεται στην κλασική μορφή:

\[ \boxed{ \frac1\pi=\frac{2\sqrt2}{9801} \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(4n)!(1103+26390n)}{(n!)^4,396^{4n}} }. \]
🔐 Πόσο γρήγορη είναι;

Αν κρατήσουμε μόνο τον όρο \(n=0\), παίρνουμε

\[ \frac1\pi\approx\frac{2\sqrt2}{9801}\cdot1103, \]

οπότε

\[ \pi\approx3{,}141592730013\ldots \]

Ήδη ο πρώτος όρος δίνει περίπου οκτώ σωστά δεκαδικά ψηφία. Κάθε νέος όρος προσθέτει περίπου άλλα οκτώ, γεγονός εκπληκτικό για την εποχή του Ramanujan.

🎯 Δύο διαφορετικές ομορφιές

Ο πρώτος τύπος είναι στοιχειώδης και αποκαλύπτει το \(\pi\) μέσα από μια γεωμετρική σειρά και ένα απλό ολοκλήρωμα. Ο δεύτερος ανήκει στον βαθύτερο κόσμο των αρθρωτών συναρτήσεων και μετατρέπει το \(\pi\) σε υπολογιστικό θρίαμβο. Η ίδια σταθερά, δύο εντελώς διαφορετικά είδη μαθηματικής ομορφιάς.

📚
Έρχεται το πολλαπλό βιβλίο ΝΕΟ — βρες όλες τις επιλογές εδώΠολλαπλό βιβλίο ΝΕΟ — 437 βιβλία σε PDF
PDF & Ψηφιακά Μαθησιακά Αντικείμενα — χωρίς εγγραφή • Portify
📚 437 βιβλία🎬 22.000+ Ψηφιακά Μαθησιακά Αντικείμενα
Δες τα βιβλία →

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου