Python环境下π的计算精度研究

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongjinjie
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  【摘要】本文选取了6个π值的计算近似公式,在python环境下,根据公式编程运行得到各个公式的计算结果,并从横向、纵向等多角度进行比较.结果表明:拉马努金公式和丘德诺夫斯基公式无论在速度还是精确度上都具有极其优良的性质,其用来计算π值时所需项数最少,速度最快,计算的精确度也最大.除此之外,公式中阶数越高,分母越大,则其收敛速度越快.此结果对于测试或检验计算机的各项性能具有极大的意义.
  【关键词】拉马努金;丘德诺夫斯基;莱布尼兹;沃里斯;巴塞尔问题
  一、引言
  π值的含义是圆周率,即圆的周长与直径的比值,在大多数科学计算中,所用的值一般不超过10位小数.然而从古至今,人们始终没有中断对更精确的π值的渴求.π的研究在一定程度上反映这个地区或时代的数学水平.德国数学家康托尔说:“历史上一个国家所算得的圆周率的準确程度,可以作为衡量这个国家当时数学发展水平的指标.”π的计算价值及研究意义主要体现在如下两点:(1)它现在可以被人们用来测试或检验超级计算机的各项性能,特别是运算速度与计算过程的稳定性;(2)计算的方法和思路可以引发新的概念和思想.本文主要对有关π值计算的精确度和复杂性进行研究,拟解决π的高精度计算,从而用于检验计算机的可靠性和对于运算、程序和算法的正确性.本文所基于的python语言具有简单易学、开源、高级语言、可移植性、解释性、面向对象、可扩展性、丰富的库以及代码可读性强等九大优势,给本文代码的编程和运行带来了极大便利.
  二、π的近似计算方法及结果
  本文选取了6种π值的计算方法,在python环境下运行分别得到如下结果:
  从表格和图中可以看出:
  (1)对于每种计算方法,项数对精确度的影响呈递增趋势.
  (2)在结果都近似到16位小数的情况下,采用拉马努金公式计算的结果精确到第16位小数时所需项数是5种方法中最少的,可见其收敛速度也是最快的.
  (3)除了拉马努金公式计算方法以外,在相同项数情况下,用π2[]8法计算所能得到的精确度是余下4种方法中最大的.
  (三)时间对精确度的影响
  从表格和图中可以看出:
  (1)对于每种计算方法,计算时间对精确度的影响呈递增趋势,这是因为当所给时间越长时,计算机能计算的项数也越多,再从前面可知,项数越多时精确度越大.
  (2)拉马努金公式和丘德诺夫斯基公式在短时间内得到的精确度更高,在相同的时间内,这两种方法比其余4种方法所得的精确度高很多.
  (3)除了拉马努金公式和丘德诺夫斯基公式2种方法以外,在相同时间内,用π2[]8法计算得到的精确度在其余方法中是最高的.
  (四)原因分析
  【参考文献】[1]韩思,朱长贵.级数收敛的速度[J].渭南师专学报,1996(S1):39-40.
其他文献
【摘要】以“任意角的三角函数”教学设计为例,教师通过设计合理的问题为学习支架引导学生积极思考,体会知识的发展和生成过程,理解知识的本质,从而提升学生的学科核心素养.  【关键词】三角函数定义;核心素养;问题支架;教学过程设计  一、内容和内容解析  (1)教学内容  高中数学人教A版必修4第一章“三角函数”的第二节“任意角的三角函数”.  (2)教学内容分析  教材地位:三角函数是一个重要的周期函
【摘要】问题是联系一系列知识构建的纽带,是数学的核心,是思维的起点.在小学高段数学教学中,发现和提出问题意识的培养最终会激活学生的思维,更好地促进对数学的学习.本文围绕“立三点”促思考、“设三境”激兴趣、“筑三层”助发问的“三法”新样式的策略展开研究,培养学生的提问意识,开拓学生的问题来源,提升学生的提问水平,让学生的思维“活”起来,培养学生的核心素养,充分尊重学生的主体地位,促进学生全面发展,使
【摘要】有效教学是学生进行有效学习的基本前提,是实施素质教育的重要保证,如何实施有效的教学设计,已经成为当前课程改革的重要方向.本文结合笔者的公开课“搭配中的学问”谈谈如何有效进行课堂教学设计的几点策略.  【关键词】有效教学;有效学习;策略  有效教学是学生进行数学有效学习的基本前提,是实施素质教育的重要保证.有效的课堂教学设计会带给你意想不到的课堂氛围,会让你的课堂精彩不断,也会使你的教学魅力
【摘要】信息化支持下的小学中高年级数学教学融合创新实践,目的在于增强学生数学学习能力,培养学生数学素养.笔者从探究意义、创新思路、创新路径三个方面展开讨论,以小学四年级数学平板课堂为例,开展教学设计和实践.在具体教学实践中,归纳得出“问题情境→自主探究→交互分享→分层练习→精准反馈→总结梳理”的实践路径,以此实现激发学生学习兴趣、培养学生数学学习能力、因材施教分层教学、开展有效反馈评价的融合创新教
【摘要】核心素养是现阶段教学中一种比较新颖的教学理念.在小学数学教学中培养学生的核心素养,加强他们的数学意识,能够促进学生的全面发展.本文主要以加强小学生的数学意识为目标,先简要阐述了核心素养下小学数学教学应该在教师发展、课程内容、教学方式等方面做出改变,然后在此基础上进行了一些实践分析,以供广大同仁借鉴.  【关键词】数学意识;核心素养;小学数学;课堂教学  引 言  数学意识包括空间拓展、数形
【摘要】在开展小学数学教学的过程中,教师要避免落后的教学理念影响了学生数学学习能力的养成.所以,教师要积极创新,改进教学方法,激发学生学习数学的热情,提高学生的数学知识水平,让学生学有所悟、学有所乐.本文主要探讨如何在小学数学教学过程中进行教学创新以优化教学质量.  【关键词】小学数学;教学创新;理论研究  引 言  在开展小学数学教学的过程中,教师要突破传统教学的束缚,进行创新以及改进,要運用符
【摘要】不论是2001年的数学课程标准,还是2011年的数学课程标准,都明确指出了估算的重要价值,估算在现实生活中有着重要的意义.然而在实际的课堂教学中,教师由于对估算认识不够,从而忽视了学生估算素养的培养,导致学生没有估算的主动意识,估算能力弱.因此,从估算的现实价值入手,以生为本,创设有人有情的生态课堂,帮助学生建立估算意识,培养学生的估算能力,应成为学生数学素养培养的一个重要方面.  【关键
【摘要】教材中的数学知识与我们的日常生活息息相关,数学作为一门基础学科,应让学生认识到其在生活中运用的重要性.教师应创新教学模式,运用生活中的数学资源,开展生活化的教学活动,从而提高小学生学习数学的兴趣,帮助学生养成留心观察生活的习惯,让学生能够从生活中发现数学、学习数学,提高自学能力和学习效果.  【关键词】课程标准;小学数学;生活化;北师大版  一、前 言  新课标指出:“数学与人类的活动息息
【摘要】苏教版、北师大版和人教版这三版的“有余数的除法”一课,不仅以不同的顺序呈现教学内容,而且侧重点不同,各有特色.教师在教学中要注重对比,选择更适合学生的教学方式,引导学生在具体操作中进行体验式学习,吃透算理,逐步抽象出除法的算式模型,让学习真正有效发生.  【关键词】教材对比;学为主导;意义建构  学生在学习“有余数的除法”之前,已经接触过周期问题、同数连减的知识,并且刚刚学习了表内除法的内
【摘要】数学作为一门基础性学科,一直是教育体系的重要组成部分,谈及数学,学生的第一感受大多是难度大,这也正是考虑数学科目拉分大的原因.有些学生没有掌握学习数学的技巧和方法,这样不仅浪费了大量的时间,还收效甚微.因此,如何引导学生正确学习数学,提高学生的数学成绩,成为教师当前需要重点研究的问题.要想找到解决问题的关键,就要从本源出发,找到学生身上存在的问题,对症下药,这样才能取得事半功倍的效果.