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Número π

π (pi) es la relación entre la longitud de una circunferencia y su diámetro en geometría euclidiana.[1]​ Es un número irracional[2]​ y una de las constantes matemáticas más importantes. Se emplea frecuentemente en matemáticas, física e ingeniería. El valor numérico de π, truncado a sus primeras cifras, es el siguiente:[3]

(sucesión A000796 en OEIS)

El valor de π se ha obtenido con diversas aproximaciones a lo largo de la historia, siendo una de las constantes matemáticas que más aparece en las ecuaciones de la física, junto con el número e. Cabe destacar que el cociente entre la longitud de cualquier circunferencia y la de su diámetro no es constante en geometrías no euclidianas.[4]

es la relación entre la longitud de una circunferencia y su diámetro. Es una constante en geometría euclidiana.
Lista de númerosNúmeros irracionales
ζ(3)235φαe – π – δ
Binario 11.00100100001111110110…
Decimal 3.14159265358979323846…
Hexadecimal 3.243F6A8885A308D31319…
Fracción continua
Nótese que la fracción continua no es periódica.

El nombre π

 
Letra griega pi. Símbolo adoptado en 1706 por William Jones y popularizado por Leonhard Euler

La notación con la letra griega π proviene de la inicial de las palabras de origen griego περιφέρεια 'periferia' y περίμετρον 'perímetro' de un círculo,[5]​ notación que fue utilizada primero por William Oughtred (1574-1660) y cuyo uso fue propuesto por el matemático galés William Jones[6]​ (1675-1749); aunque fue el matemático Leonhard Euler, con su obra Introducción al cálculo infinitesimal, de 1748, quien la popularizó. Fue conocida anteriormente como constante de Ludolph (en honor al matemático Ludolph van Ceulen) o como constante de Arquímedes (que no se debe confundir con el número de Arquímedes). Jones plantea el nombre y símbolo de este número en 1706 y Euler empieza a difundirlo en 1736.[7]

Arquímedes lo calculó con la aproximación de  , tal como consignó en su obra Medición del círculo, ciertamente con otra notación.[7]

Historia del cálculo del valor π

La búsqueda del mayor número de decimales del número   ha supuesto un esfuerzo constante de numerosos científicos a lo largo de la historia.[8]​ Algunas aproximaciones históricas de   son las siguientes.

Antiguo Egipto

 
Detalle del papiro Rhind

El valor aproximado de   en las antiguas culturas se remonta a la época del escriba egipcio Ahmes en el año 1800 a. C., descrito en el papiro Rhind,[9]​ donde se emplea un valor aproximado de   afirmando que el área de un círculo es similar a la de un cuadrado cuyo lado es igual al diámetro del círculo disminuido en 1/9; es decir, igual a 8/9 del diámetro. En notación moderna:

 
 

Entre los ocho documentos matemáticos hallados de la antigua cultura egipcia, en dos se habla de círculos. Uno es el papiro Rhind y el otro es el papiro de Moscú. Solo en el primero se habla del valor aproximado del número  . El investigador Otto Neugebauer, en un anexo de su libro The Exact Sciences in Antiquity,[10]​ describe un método inspirado en los problemas del papiro de Ahmes para averiguar el valor de π, mediante la aproximación del área de un cuadrado de lado 8, a la de un círculo de diámetro 9.

Mesopotamia

Hacia el 1900-1600 a. C., algunos matemáticos mesopotámicos empleaban, en el cálculo de segmentos, valores de   igual a 3, alcanzando en algunos casos valores más aproximados, como el de:

 

En la Biblia

Una de las referencias indirectas más antiguas del valor aproximado de π se puede encontrar en un versículo de la Biblia:

Hizo el Mar de metal fundido que tenía diez codos de borde a borde; era enteramente redondo, y de cinco codos de altura; un cordón de treinta codos medía su contorno. Debajo del borde había calabazas todo en derredor; daban vuelta al Mar a largo de treinta codos; había dos filas de calabazas fundidas en una sola pieza.
I Reyes (Biblia de Jerusalén)

Una cita similar se puede encontrar en el Segundo libro de las crónicas. En él aparece en una lista de requerimientos para la construcción del Gran Templo de Salomón, construido sobre el 950 a. C.:

Hizo el Mar de metal fundido, de diez codos de borde a borde. Era enteramente redondo y de cinco codos de alto. Un cordón de treinta codos medía su contorno.
II Crónicas (Biblia de Jerusalén)

Ambas citas dan 3 como valor de π, lo que supone una notable pérdida de precisión respecto de las anteriores estimaciones egipcia y mesopotámica. Al respecto, apologéticos cristianos señalan que la falta de precisión se pueda atribuir al redondeo de las dimensiones relatadas por el texto.[11]

 
Método de Arquímedes para encontrar dos valores que se aproximen al número π, por exceso y defecto
 
Método de aproximación de Liu Hui

Antigüedad clásica

El matemático griego Arquímedes (siglo III a. C.) fue capaz de determinar el valor de π entre el intervalo comprendido por 3 10/71, como valor mínimo, y 3 1/7, como valor máximo. Con esta aproximación de Arquímedes se obtiene un valor con un error que oscila entre 0.024 % y 0.040 % sobre el valor real. El método usado por Arquímedes[12]​ era muy simple y consistía en circunscribir e inscribir polígonos regulares de n-lados en circunferencias y calcular el perímetro de dichos polígonos. Arquímedes empezó con hexágonos circunscritos e inscritos, y fue doblando el número de lados hasta llegar a polígonos de 96 lados.

Alrededor del año 20 d. C., el arquitecto e ingeniero romano Vitruvio calcula π como el valor fraccionario 25/8 midiendo la distancia recorrida en una revolución por una rueda de diámetro conocido.

En el siglo II, Claudio Ptolomeo proporciona un valor fraccionario por aproximaciones:

 

El número π («pi») en el sistema vigesimal

El número π es un coeficiente que multiplicado por el diámetro nos indica la longitud de la circunferencia. Es decir, tres veces el diámetro se acerca a la longitud de la circunferencia, pero se queda corto. En realidad hay que multiplicar el diámetro por 3.14159… Lo estamos expresando como tres unidades y un cociente propio del sistema decimal.

Sistema decimal:

π = 3.14159...

Sistema vigesimal:

π = 03.02.16.08.18.04...

Explicación de su obtención:

PASO 1.

Cociente decimal Multiplicador Cociente veintesimal
0.1 (décima) × 2 00.02 (veintésimas)
0.01 (centésima) × 4 00.00 04 (tetracentésimas)
0.001 (milésima) × 8 00.00 00 08 (ochomilésimas)
0.0001 (diezmilésima) × 16 00.00 00 00 16
0.00001 (cienmilésima) × 32 00.00 00 01 02

PASO 2.

Tenemos que tener en cuentas las llevadas.

3. 1 4 1 5 9
03. 02 16 08 04 04
14
03. 02 16 08 18 04

Matemática china

El cálculo de pi fue una atracción para los matemáticos expertos de todas las culturas. Hacia 120, el astrónomo chino Zhang Heng (78-139) fue uno de los primeros en usar la aproximación 10, que dedujo de la razón entre el volumen de un cubo y la respectiva esfera inscrita. Un siglo después, el astrónomo Wang Fang lo estimó en 142/45 (3.155555), aunque se desconoce el método empleado.[13]​ Pocos años después, hacia 263, el matemático Liu Hui fue el primero en sugerir[14]​ que 3.14 era una buena aproximación, usando un polígono de 96[15]​ o 192[13]​ lados. Posteriormente estimó π como 3.14159 empleando un polígono de 3072 lados.[15][16]

A finales del siglo V, el matemático y astrónomo chino Zu Chongzhi calculó el valor de   en 3.1415926, al que llamó «valor por defecto», y 3.1415927, «valor por exceso», y dio dos aproximaciones racionales de  , 22/7 y 355/113, muy conocidas ambas,[17]​ siendo la última aproximación tan buena y precisa que no fue igualada hasta más de nueve siglos después, en el siglo XV.[15]

Matemática india

Usando un polígono regular inscrito de 384 lados, a finales del siglo V el matemático indio Aryabhata estimó el valor en 3.1416. A mediados del siglo VII, estimando incorrecta la aproximación de Aryabhata, Brahmagupta calcula   como 10, cálculo mucho menos preciso que el de su predecesor. Hacia 1400 Madhava obtiene una aproximación exacta hasta 11 dígitos (3.14159265359), siendo el primero en emplear series para realizar la estimación.[13]

Matemática islámica

En el siglo IX Al-Jwarizmi, en su Álgebra (Hisab al yabr ua al muqabala), hace notar que el hombre práctico usa 22/7 como valor de  , el geómetra usa 3, y el astrónomo 3.1416. En el siglo XV, el matemático persa Ghiyath al-Kashi fue capaz de calcular el valor aproximado de   con nueve dígitos, empleando una base numérica sexagesimal, lo que equivale a una aproximación de 16 dígitos decimales: 2  = 6.2831853071795865_

Renacimiento europeo

 
John Wallis (1616–1703)
 
Leonhard Euler (1707–1783)

A partir del siglo XII, con el uso de cifras arábigas en los cálculos, se facilitó mucho la posibilidad de obtener mejores cálculos para π. El matemático Fibonacci (1170-1250), en su Practica Geometriae, amplifica el método de Arquímedes, proporcionando un intervalo más estrecho. Algunos matemáticos del siglo XVII, como Viète, usaron polígonos de hasta 393 216 lados para aproximarse con buena precisión a 3.141592653. En 1593 el flamenco Adriaan van Roomen (Adrianus Romanus) obtiene una precisión de 16 dígitos decimales usando el método de Arquímedes.

Época moderna (precomputacional)

En 1610 el matemático Ludolph van Ceulen calculó los 35 primeros decimales de π. Se dice que estaba tan orgulloso de esta hazaña que lo mandó grabar en su lápida. Los libros de matemática alemanes durante muchos años denominaron a π como número ludolfiano. En 1665 Isaac Newton desarrolla la serie[18]

 

Con   obtuvo una serie para:

 

El matemático inglés John Wallis desarrolló en 1655 la conocida serie Producto de Wallis:

 

En 1699, a sugerencia de Edmond Halley, el matemático inglés Abraham Sharp (1651-1742) calculó pi con una precisión de 71 dígitos decimales usando la serie de Gregory:

 

Con   se obtiene una serie para:

 

Para alcanzar la precisión obtenida, debió usar alrededor de trescientos términos en la serie. En 1720 el francés Thomas de Lagny utilizó el mismo método para obtener una aproximación de 127 dígitos (solo los primeros 112 eran correctos).

Leibniz calculó de una forma más complicada en 1682 la siguiente serie matemática que lleva su nombre:

 .

El inglés William Oughtred fue el primero que empleó la letra griega π como símbolo del cociente entre las longitudes de una circunferencia y su diámetro. Fue en el año 1706 cuando el galés William Jones afirmó: «3.14159 andc. = π» y propuso usar siempre el símbolo π, y fue Leonhard Euler el que al adoptarlo en 1737 lo convirtió en la notación habitual que se usa hasta nuestros días.

El matemático japonés Takebe empezó a calcular el número π en el año 1722, con el mismo método expuesto por Arquímedes, y fue ampliando el número de lados para polígonos circunscritos e inscritos hasta llegar a 1024 lados. Este ingente trabajo consiguió que se determinara π con 41 decimales.

En 1789 el matemático de origen esloveno Jurij Vega, mediante la fórmula de John Machin, descubierta en 1706, fue el primero en averiguar los primeros 140 decimales de π, de los cuales 126 eran correctos; este récord se mantuvo durante 52 años, hasta que en 1841 William Rutherford calculó 208 decimales, de los cuales 152 eran correctos.

El matemático aficionado de origen inglés William Shanks trabajó, durante 20 años, en hallar los dígitos decimales de π, habiendo obtenido 707 decimales en 1873. En el año 1944, D. F. Ferguson encontró un error en el quingentésimo vigésimo octavo dígito decimal (528º) de la serie de Shanks, a partir del cual todos los dígitos subsiguientes eran erróneos.[19]​ En 1948, Ferguson recalculó π con 808 decimales con la ayuda de una calculadora electrónica.[20]

Algunas aproximaciones históricas de valores de π, anteriores a la época computacional, se muestran en la siguiente tabla:

Año Matemático o documento Cultura Aproximación Error

(en partes por millón)

~1900 a. C. Papiro de Ahmes Egipcia 28/34 ~ 3.1605 6016 ppm
~1600 a. C. Tablilla de Susa Babilónica 25/8 = 3.125 5282 ppm
~600 a. C. La Biblia (Reyes I, 7:23) Judía 3 45 070 ppm
~500 a. C. Bandhayana India 3.09 16 422 ppm
~250 a. C. Arquímedes de Siracusa Griega entre 3 10/71 y 3 1/7

empleó 211875/67441 ~ 3.14163

<402 ppm

13.45 ppm

~150 Claudio Ptolomeo Grecoegipcia 377/120 = 3.141666… 23.56 ppm
263 Liu Hui China 3.14159 0.84 ppm
263 Wang Fan China 157/50 = 3.14 507 ppm
~300 Chang Hong China 101/2 ~ 3.1623 6584 ppm
~500 Zu Chongzhi China entre 3.1415926 y 3.1415929
empleó 355/113 ~ 3.1415929
<0.078 ppm
0.085 ppm
~500 Aryabhata India 3.1416 2.34 ppm
~600 Brahmagupta India 101/2 ~ 3.1623 6584 ppm
~800 Al-Juarismi Persa 3.1416 2.34 ppm
1220 Fibonacci Italiana 3.141818 72.73 ppm
1400 Madhava India 3.14159265359 0.085 ppm
1424 Al-Kashi Persa 2π = 6.2831853071795865 0.1 ppm

Época moderna (computacional)

Desde el diseño de la primera computadora se empezaron a desarrollar programas para el cálculo del número π con la mayor cantidad de cifras posible. De esta forma, en 1949 un ENIAC fue capaz de romper el récord, obteniendo 2037 cifras decimales en 70 horas. Poco a poco fueron surgiendo ordenadores que batían récords y, de esta forma, pocos años después (1954) un NORAC llegó a 3092 cifras. Durante casi toda la década de los años 1960 los IBM fueron batiendo récords, hasta que un IBM 7030 pudo llegar en 1966 a 250 000 cifras decimales (en 8 h y 23 min). Durante esta época se probaban las nuevas computadoras con algoritmos para la generación de series de números procedentes de  .

En la década de 2000, los ordenadores son capaces de obtener números que poseen una inmensa cantidad de decimales. En 2009 se hallaron más de dos billones y medio de decimales de pi mediante el uso de una supercomputadora T2K Tsukuba System, compuesta por 640 computadoras de alto rendimiento, que juntas consiguen velocidades de procesamiento de 95 teraflops. Lo obtuvieron en 73 horas y 36 minutos.

Año Descubridor Ordenador utilizado Número de cifras decimales
1949 G.W. Reitwiesner y otros[21] ENIAC 2037
1954   NORAC 3092
1959 Guilloud IBM 704 16 167
1967   CDC 6600 500 000
1973 Guillord y Bouyer[21] CDC 7600 1 001 250
1981 Miyoshi y Kanada[21] FACOM M-200 2 000 036
1982 Guilloud   2 000 050
1986 Bailey CRAY-2 29 360 111
1986 Kanada y Tamura[21] HITAC S-810/20 67 108 839
1987 Kanada, Tamura, Kobo y otros NEC SX-2 134 217 700
1988 Kanada y Tamura Hitachi S-820 201 326 000
1989 Hermanos Chudnovsky CRAY-2 y IBM-3090/VF 480 000 000
1989 Hermanos Chudnovsky IBM 3090 1 011 196 691
1991 Hermanos Chudnovsky   2 260 000 000
1994 Hermanos Chudnovsky   4 044 000 000
1995 Kanada y Takahashi HITAC S-3800/480 6 442 450 000
1997 Kanada y Takahashi Hitachi SR2201 51 539 600 000
1999 Kanada y Takahashi Hitachi SR8000 68 719 470 000
1999 Kanada y Takahashi Hitachi SR8000 206 158 430 000
2002 Kanada y otros[21][22] Hitachi SR8000/MP 1 241 100 000 000
2004 Hitachi 1 351 100 000 000
2009 Daisuke Takahashi[23] T2K Tsukuba System 2 576 980 370 000
2009 Fabrice Bellard[24] Core i7 CPU, 2.93 GHz; RAM: 6GiB 2 699 999 990 000
2010 Shigeru Kondo 2 x Intel Xeon X5680, 3.33 GHz 5 000 000 000 000
2011 Shigeru Kondo 10 000 000 000 000
2019 Emma Haruka Iwao[25] Google Cloud cruncher 31 000 000 000 000
2020 Timothy Mullican[26] 50 000 000 000 000

En la época computacional del cálculo de π las cifras se han disparado, no solo debido a la potencia de cálculo que estas máquinas son capaces de generar, sino también por el prestigio que conlleva para el constructor de la máquina cuando su marca aparece en la lista de los récords, y por la capacidad de hacer uso de computación avanzada para encadenar millones de máquinas si se desea y así aumentar la potencia de cálculo, que en los anteriores casos solo deviene de una sola máquina, siendo el último ejemplo el uso de una combinación entre potencia de procesamiento y el uso de programas de cálculo y/o entrelazamiento de máquinas asistido.[25]

Características matemáticas

 
Se muestra la relación entre un cuadrado de lado   y un círculo de radio  . El área del círculo es  .

Definiciones y caracterizaciones

Euclides fue el primero en demostrar que la relación entre una circunferencia y su diámetro es una cantidad constante.[27]​ No obstante, existen diversas definiciones del número  , pero las más común es:

Además   es:

  • El área de un círculo unitario (de radio que tiene longitud 1, en el plano geométrico usual o plano euclídeo).
  • El menor número real   positivo tal que  .

También es posible definir analíticamente  ; dos definiciones son posibles:

  • La ecuación sobre los números complejos   admite una infinidad de soluciones reales positivas, la más pequeña de las cuales es precisamente   (véase identidad de Euler).
  • La ecuación diferencial   con las condiciones de contorno   para la que existe solución única, garantizada por el teorema de Picard-Lindelöf, es un función analítica (la función trigonométrica  ) cuya raíz positiva más pequeña es precisamente  .
  • A través de una integral definida se obtiene el valor de  /4. Se integra la función f(x) = 1/ ( 1 + x2) de 0 a 1.[28]
  • Todos los ensayos estadísticos realizados sobre la sucesión de los dígitos decimales de pi han corroborado su carácter aleatorio. No hay orden ni regularidad, hay varias series de 7777 y la chocante 999999, hay apariciones que confunden o agradan a los intuicionistas.[29]

Número irracional y trascendente

Se trata de un número irracional, lo que significa que no puede expresarse como fracción de dos números enteros, como demostró Johann Heinrich Lambert en 1761 (o 1767). También es un número trascendente, es decir, que no es la raíz de ningún polinomio de coeficientes enteros. En el siglo XIX el matemático alemán Ferdinand Lindemann demostró este hecho, cerrando con ello definitivamente la permanente y ardua investigación acerca del problema de la cuadratura del círculo indicando que no tiene solución.

También se sabe que π tampoco es un número de Liouville (Mahler,[30]1953), es decir, no solo es trascendental sino que no puede ser aproximado por una secuencia de racionales "rápidamente convergente" (Stoneham 1970[cita requerida]).

Primeras cincuenta cifras decimales

A pesar de tratarse de un número irracional continúa siendo averiguada la máxima cantidad posible de decimales. Los cincuenta primeros son:

 

Para ver secuencias mayores de este número consúltese las referencias (5·1012 decimales),[31]​ así como Las primeras diez mil cifras decimales A00796 y OEIS.

En ciencia e ingeniería, esta constante puede emplearse, la mayoría de las veces, con una precisión de solo una docena de decimales. Con cuarenta decimales se podría describir con precisión la curvatura de la Vía Láctea con un error más pequeño que el tamaño de un protón.[32]

Fórmulas que contienen el número π

En geometría

Áreas de secciones cónicas:

  • Área del círculo de radio r: A = π r²
  • Área interior de la elipse con semiejes a y b: A = π ab

Áreas de cuerpos de revolución:

  • Área del cilindro: 2 π r (r+h)
  • Área del cono: π r² + π r g
  • Área de la esfera: 4 π r²

Volúmenes de cuerpos de revolución:

  • Volumen de la esfera de radio r: V = (4/3) π r³
  • Volumen de un cilindro recto de radio r y altura h: V = π r² h
  • Volumen de un cono recto de radio r y altura h: V = π r² h / 3

Ecuaciones expresadas en radianes:

  • Ángulos: 180 grados son equivalentes a π radianes.
  • El volumen del toro conlleva π al cuadrado[33]

En cálculo

  • Área limitada por la astroide: (3/8) π a2[34]
  • Área de la región comprendida por el eje X y un arco de la cicloide: 3 π a2
  • Área encerrada por la cardioide: (3/2) π a2
  • Área de la región entre el eje polar y las dos primeras vueltas de la espiral de Arquímedes r = aα[35]​ es 8π3 a2
  • Área entre la curva de Agnesi y la asíntota es S = πa2.[36]
  • Cisoide
  • Estrofoide
  • Caracol de Pascal. El área usando esta curva y cualquiera de las anteriores lleva en la fórmula el valor de pi[37]

En probabilidad

  • La probabilidad de que dos enteros positivos escogidos al azar sean primos entre sí es: 6/π²
  • Si se eligen al azar dos números positivos menores que 1, la probabilidad de que junto con el número 1 puedan ser los lados de un triángulo obtusángulo es: (π-2)/4
  • El número medio de formas de escribir un entero positivo como suma de dos cuadrados perfectos es π/4 (el orden es relevante).
  • Aguja de Buffon: si lanzamos al azar una aguja de longitud L sobre una superficie en la que hay dibujadas líneas paralelas separadas una distancia D, la probabilidad de que la aguja corte a una línea es: 2L/Dπ

En análisis matemático

  • Fórmula de Leibniz[38]​:
     
  • Producto de Wallis:
     
  • Euler:
     
  • Identidad de Euler
     
  • Área bajo la campana de Gauss:
     
  • Fórmula de Stirling:
     
  • Fórmula resultante del límite cuando k tiende a infinito de la función de Riemann para 2k:[39]
 

Donde B(2k) es el 2k-ésimo número de Bernoulli.

  • Problema de Basilea, resuelto por Euler en 1735:
     
  • Euler:
     
  • Fórmula de Nilakantha:
     
  • Fórmula de Ramanujan:
     
  • Fórmula de Chudnovsky: (Se obtienen 14 decimales con cada iteración)
     
  • Además, π tiene varias representaciones como fracciones continuas :[40]
 
 [41]
  • También como desarrollo en series:
     
  • Formas de representación aproximada a  [42]
     
     
  • Método de Montecarlo
    En un círculo de radio r inscrito en un cuadrado de lado 2r (2 veces el radio), el área del círculo es πr² y la del cuadrado (2r)². De esto se deduce que la relación de área entre el cuadrado y el círculo de π/4.[43]
  • Fórmula de Srinivāsa Rāmānujan demostrada en 1985 por Jonathan y Peter Borwein, descubierta en 1910. Es muy eficaz porque aporta 8 decimales a cada iteración:
     

Cómputos de π

π y los números primos

Utilizando el inverso del producto de Euler para la función zeta de Riemann y para el valor del argumento igual a 2 se obtiene:

 

donde pn es el n-ésimo número primo. Euler fue el primero en hallar este valor de la función zeta (empleando la expresión de sumatoria) y resolviendo así el famoso Problema de Basilea.

Fórmula de Machin

Una forma exacta de poder calcular π en términos de tangentes inversas de fracciones unitarias es la fórmula de Machin, descubierta en 1706:

 

Muchos matemáticos emplearon esta fórmula para averiguar dígitos por encima de la centena (por ejemplo, el ya citado Shanks, que con esta fórmula calculó 707 posiciones decimales de π).

Métodos eficientes

Los primeros millones de dígitos de π y 1/π se pueden consultar en Proyecto Gutenberg (véase enlaces externos). Uno de los récords más recientes fue alcanzado en diciembre de 2002 por Yasumasa Kanada de la Universidad de Tokio, fijando el número pi con 1 241 100 000 000 dígitos; se necesitaron unas 602 horas con un superordenador de 64 nodos Hitachi SR8000 con una memoria de un terabyte capaz de llevar a cabo dos billones de operaciones por segundo, más de seis veces el récord previo (206 mil millones de dígitos). Para ello se emplearon las siguientes fórmulas modificadas de Machin:

 
  • F. C. W. Störmer (1986).
 

Estas aproximaciones proporcionaron una cantidad tan ingente de dígitos que puede decirse que ya no es útil sino para comprobar el funcionamiento de los superordenadores. La limitación no está en la computación sino en la memoria necesaria para almacenar una cadena con una cantidad tan grande de números.

Aproximaciones geométricas a π

Es posible obtener una aproximación al valor de π de forma geométrica. De hecho, ya los griegos intentaron obtener sin éxito una solución exacta al problema del valor de π mediante el empleo de regla y compás. El problema griego conocido como cuadratura del círculo o, lo que es lo mismo, obtener un cuadrado de área igual al área de un círculo cualquiera, lleva implícito el cálculo del valor exacto de π.

Una vez demostrado que era imposible la obtención de π mediante el uso de regla y compás, se desarrollaron varios métodos aproximados. Dos de las soluciones aproximadas más elegantes son las debidas a Kochanski (usando regla y compás) y la de Mascheroni (empleando únicamente un compás).

Método de Kochanski

 
Método de Kochanski

Se dibuja una circunferencia de radio R. Se inscribe el triángulo equilátero OEG. Se traza una recta paralela al segmento EG que pase por A, prolongándola hasta que corte al segmento OE, obteniendo D. Desde el punto D y sobre ese segmento se transporta 3 veces el radio de la circunferencia y se obtiene el punto C. El segmento BC es aproximadamente la mitad de la longitud de la circunferencia.

Demostración (suponiendo R = 1)

 

 

 

Sustituyendo en la primera fórmula:

 

Método de Mascheroni

 
Método de Mascheroni

Método desarrollado por Lorenzo Mascheroni: se dibuja una circunferencia de radio R y se inscribe un hexágono regular. El punto D es la intersección de dos arcos de circunferencia: BD con centro en A', y CD con centro en A. Obtenemos el punto E como intersección del arco DE, con centro en B, y la circunferencia. El segmento AE es un cuarto de la longitud de la circunferencia, aproximadamente.

Demostración (suponiendo R = 1)

   

   

Por el teorema de Ptolomeo, en el cuadrilátero ABEB'

 

 

Uso en matemática y ciencia

π es ubicuo en matemática; aparece incluso en lugares que carecen de una conexión directa con los círculos de la geometría euclídea.[44]

Geometría y trigonometría

Para cualquier círculo de radio r y diámetro d = 2r, la longitud de la circunferencia es πd y el área del círculo es πr2. Además, π aparece en fórmulas para áreas y volúmenes de muchas otras figuras geométricas relacionadas con la circunferencia, como elipses, esferas, conos, y toroides.[45]​ π aparece en integrales definidas que describen la circunferencia, área o volumen de figuras generadas por circunferencias y círculos. En el caso básico, la mitad del área de un círculo unitario es:[46]

 

y la mitad de la longitud de la circunferencia unitaria es:[47]

 

Se puede integrar formas más complejas como sólidos de revolución.[48]

De la definición de las funciones trigonométricas desde el círculo unitario se llega a que el seno y el coseno tienen período 2π. Lo que significa, para todo x y enteros n, sin(x) = sin(x + 2πn) y cos(x) = cos(x + 2πn). Porque sin(0) = 0, sin(2πn) = 0 para todos los enteros n. Además, el ángulo 180° es igual a π radianes. En otras palabras 1° = (π/180) radianes.

En la matemática moderna, π es a menudo definido usando funciones trigonométricas, por ejemplo como el menor entero positivo x para el cual sinx = 0, para evitar dependencias innecesarias de las sutilezas de la geometría euclidiana y la integración. Equivalentemente, π puede ser definido usando funciones trigonométricas inversas, por ejemplo como π = 2 arccos(0) o π = 4 arctan(1). Expandir funciones trigonométricas inversas como series de potencias es la manera más fácil de obtener series infinitas para π.

Variable compleja

 
Representación geométrica de la fórmula de Euler

La frecuente aparición de π en análisis complejo puede estar relacionada con el comportamiento de la función exponencial de una variable compleja, descrito por la fórmula de Euler[49]

 

donde i es la unidad imaginaria que satisface la ecuación   y e ≈ 2.71828 es el número de Euler. Esta fórmula implica que las potencias imaginarias de e describen rotaciones un círculo unitario en el plano complejo; estas rotaciones tienen un período de 360º = 2π. En particular, la rotación de 180º φ = π resulta en la notable identidad de Euler

 

Hay n diferentes raíces n-ésimas de la unidad

 

Cálculo superior

La integral de Gauss

 [50]

Una consecuencia es que el resultado de la división entre la función gamma de un semientero (la mitad de un número impar) y √π es un número racional.

Física

Aunque no es una constante física, π aparece rutinariamente en ecuaciones que describen los principios fundamentales del Universo, no necesariamente relacionada con las características geométricas del círculo, sino usada, por ejemplo, para describir fenómenos periódicos como ondas y ciclos. Debido en gran parte a su relación con la naturaleza del círculo y, correspondientemente, con el sistema de coordenadas esféricas (sistema usado ampliamente en física por sus propiedades de simetría radial). Usando unidades como las unidades de Planck se puede eliminar a veces a π de las fórmulas.

El uso de pi en esta relación fundamental de la mecánica cuántica, tiene relación con la periodicidad de la función de onda, describiendo un valor mínimo en el cual se puede correctamente localizar una función de onda simultáneamente en espacio de coordenadas ( ) y en espacio de frecuencias ( ), interconectadas por la transformada de Fourier. La frecuencia tiene relación directa con el momento de la función de onda. Por ejemplo: para el fotón  , donde  y  es su frecuencia).

Probabilidad y estadística

En probabilidad y estadística, hay muchas distribuciones cuyas fórmulas contienen a π, incluyendo:

 
 

Nótese que para todas las funciones de densidad de probabilidad se cumple que , entonces las fórmulas anteriores pueden usarse para producir otras fórmulas integrales para π.[58]

 
Representación del experimento en el modelo de la "aguja de Buffon", se lanzan dos agujas (a, b) ambas con longitud l. En el dibujo la aguja a está cruzando la línea mientras que la aguja b no.

El problema de la aguja de Buffon es llamado en ocasiones como una aproximación empírica de π. Se trata de lanzar una aguja de longitud l repetidamente sobre una superficie en la que se han trazado rectas paralelas distanciadas entre sí, en t unidades, de manera uniforme (con t > l de forma que la aguja no pueda tocar dos rectas). Si la aguja se lanza n veces y x de esas cae cruzando una línea, entonces se puede aproximar π usando el Método de Montecarlo, lanzándola gran cantidad de veces:[59][60][61][62]

 

Aunque este resultado es matemáticamente impecable, no puede usarse más que para determinar unos cuantos dígitos de π experimentalmente. Para conseguirse solo tres dígitos correctos (incluyendo el "3" inicial) requiere de millones de lanzamientos,[59]​ y el número de lanzamientos crece exponencialmente con el número de dígitos deseados. Además, cualquier error en la medida de las longitudes l y t se transfiere directamente como un error en la aproximación de π. Por ejemplo, una diferencia de un simple átomo en una aguja de 10 centímetros podría acarrear errores en el noveno dígito del resultado. En la práctica, incertidumbres en la determinación de si la aguja en realidad cruza una línea que parece estar solo tocándola lleva el límite de precisión alcanzable a mucho menos de 9 dígitos.

Reglas mnemotécnica

Es muy frecuente emplear poemas como regla mnemotécnica para poder recordar las primeras cifras del número pi.

  • Una forma de memorizar los 20 primeros dígitos es con este poema, solo hay que contar las letras de cada palabra:
Soy y seré a todos definible
mi nombre tengo que daros
cociente diametral siempre inmedible
soy de los redondos aros
  • Otra versión, que permite enumerar los 27 primeros dígitos, es la siguiente:

    «¿Qué? ¿Y cómo π reúne infinidad de cifras? ¡Tiene que haber períodos repetidos! Tampoco comprendo que de una cantidad poco sabida se afirme algo así, tan atrevido!» Nótese que para el segundo 1 (3.14159…) se utiliza la letra griega π.

  • Un tercer poema:
Voy a amar a solas, deprimido
no sabrán jamás que sueño hallarte,
perímetro difícil, escondido
que en mis neuronas late…
Oscuro el camino para ver
los secretos que tú ocultas
¿hallarlos podré?…
  • Otra regla, que permite recordar las primeras 32 cifras:

    «Soy π, lema y razón ingeniosa de hombre sabio, que serie preciosa valorando, enunció magistral. Por su ley singular, bien medido el grande orbe por fin reducido fue al sistema ordinario usual.» (del autor Rafael Nieto París[63]​) Aquí también se utiliza la letra griega π para el primer 1.

  • Otra forma, que permite recordar las primeras 14 cifras:

"How I want a drink, alcoholic of course, after the heavy lectures involving quantum mechanics![64]

Existen cuentos amplios que son capaces de hacer memorizar una gran cantidad de dígitos, tal es el titulado "Cadaeic Cadenza", escrito en 1996 por el matemático Michael Keith y que ofrece la posibilidad de memorizar los primeros 3834 dígitos. De esta forma, tomando "A" como 1, "B" como 2, "C" como 3, etc., el nombre de la historia saca los dígitos de π, como "Cadaeic" es la primera palabra de 7 dígitos de π:

C a d a e i c
3.1 4 1 5 9 3

Es de resaltar que en cada idioma existen diferentes reglas mnemotécnicas (se aconseja visitar cada Wikipedia para descubrir el arte empleado en cada idioma).

Cultura popular

Aparición en medios

  • En el año 1998 aparece una película del director Darren Aronofsky denominada Pi sobre un matemático que cree que el mundo se representa por números.
  • Alfred Hitchcock en su filme Cortina rasgada hace aparecer el símbolo π como una organización de espionaje.
  • En la película The Net, aparece en la parte inferior derecha de una página de conciertos y música, de un programa llamado The Mozart Ghost. Aparentemente es solo un adorno, pero cuando se presiona CRTL+ALT+Clic en π, se accede a la interfaz de datos del Guardián de la Puerta, un programa de los pretorianos que pedía un usuario y una contraseña.
  • En la serie de dibujos animados The Simpsons, en el episodio "Bye Bye Nerdie", el profesor Frink grita, a voz en cuello, que "¡π es tres exactamente!", para atraer la atención de un auditorio compuesto por científicos. Cuando todos se dan vuelta para mirarlo, pide disculpas por haberse visto obligado a semejante sacrilegio.
  • En la serie Futurama aparecen diferentes referencias a π, tales como 'aceite π en 1', y 'compre en πkea'.
  • La novela Contacto de Carl Sagan —sobre la que luego se filmó la película homónima— toma a π (aunque no en base decimal) como un número que esconde la esencia misma del universo.

Singularidades

 
"Piso-Pi", mosaico en la entrada del edificio de la matemática en TU Berlín
 
Detalle del "Mazda Pi", se añadieron 27 cifras decimales de π a este automóvil
 
Tarta con el número pi
 
Construcción aproximada para la cuadratura del círculo, encontrada por Ramanujan
  • El método de Arquímedes no fue superado en casi dos mil años a pesar de los grandes avances realizados en su evaluación numérica.[65]
  • El valor de Pi usado por Posidonio (135-51 a. C.) debió ser correcto en varias cifras decimales. El valor que obtuvo para la circunferencia de la tierra fue adoptado tres siglos más tarde por el astrónomo alejandrino Claudio Ptolomeo y mucho después por Cristóbal Colón, entre muchos otros.[64]
  • El 14 de marzo (3/14 en formato de fecha de Estados Unidos) se marca también como el día pi en el que los fanes de este número lo celebran con diferentes actuaciones. Curiosamente es el cumpleaños de Albert Einstein y el aniversario del fallecimiento de Stephen Hawking.[66]
  • 355/113 (~3.1415929) se menciona a veces como una simulación ¡cuasi-perfecta!
  • La Premio Nobel de Literatura Wisława Szymborska escribió un poema titulado "El número Pi" (Liczba Pi) en el que utiliza, en su orden, los 25 primeros dígitos de π.
  • John Squire (de la banda The Stone Roses) menciona π en una canción escrita para su segunda banda The Seahorses denominada "Something Tells Me". La canción acaba con una letra como: "What's the secret of life? It's 3.14159265, yeah yeah!!".
  • El primer millón de cifras de π y su inversa 1/π se puede consultar en el Proyecto Gutenberg o en .
  • La numeración de las versiones del programa de tratamiento de texto TeX de Donald Knuth se realiza según los dígitos de π. La versión del año 2002 se etiquetó con 3.141592.
  • Se emplea este número en la serie de señales enviadas por la tierra con el objeto de ser identificados por una civilización inteligente extraterrestre.
  • La probabilidad de que dos enteros positivos escogidos al azar sean primos entre sí es  .
  • Existen programas en internet que buscan tu número de teléfono en las 50 000 000 primeras cifras de π.
  • En algunos lenguajes de programación se pueden averiguar tantos dígitos como se desee con simplemente emplear expresiones como: RealDigits[ N[ Pi, 105]] en «Mathematica».
  • En el año 2002 el japonés Akira Haraguchi rompió el récord mundial recitando durante 13 horas 83 431 dígitos del número pi sin parar, doblando el anterior récord en posesión del también japonés Hiroyuki Goto. El 4 de octubre de 2006, a la 1:30 de la madrugada, y tras 16 horas y media, Haraguchi volvió a romper su propio récord recitando 100 000 dígitos del número pi, realizando una parada cada dos horas de 10 minutos para tomar aire.
  • El máximo número de dígitos de π necesario para buscar cualquier secuencia de día-mes-año con cuatro dígitos en la expansión decimal de pi es 60.872.
  • Existe una canción de Kate Bush llamada "Pi" en la cual se recitan más de veinte dígitos decimales del número.
  • En Argentina, el número telefónico móvil para emergencias en estaciones de trenes y subterráneos es ∗31416.[67]
  • El valor principal de la expresión   es un número real y está dado por:[68]
     
  • Srinivasa Ramanujan publicó una solución aproximada, con regla y compás, a la cuadratura del círculo en 1913 en la que obtuvo un segmento aproximadamente igual a  :[69]
 
  • Los hebreos consideran al número pi como "el número de Dios". En la película Pi: Fe en el Caos los estudiantes de la Torá consideran los 216 (6x6x6) primeros decimales como representación del verdadero nombre de Dios. En la Biblia (judía y cristiana) el nombre de Dios aparece en el capítulo 3 y versículo 14 del Libro del Éxodo (Éxodo 3:14).

Días de Aproximación a π

Según determinadas coincidencias numéricas, los Días de Aproximación a Pi son:

Cuestiones abiertas sobre π

  • Cada uno de los dígitos decimales 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9, ¿tiene una aparición infinita en los decimales de π?
  • La denominada cuestión de Brouwer: en la expansión decimal de π, ¿existe alguna posición donde exista una sucesión de mil ceros consecutivos?
  • ¿Es π simplemente normal en base 10? Es decir, ¿tiene cada uno de los diez dígitos del sistema decimal la misma probabilidad de aparición en una expansión decimal?
  • No se sabe si π+e, π/e, ln(π) son irracionales. Se sabe que no son raíces de polinomios de grado inferior a nueve y con coeficientes enteros del orden 109.[71][72]

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Número π.
  •   Wikiquote alberga frases célebres de o sobre Número π.
  • Historia del cálculo de Pi y algoritmos utilizados.
  • Rodríguez del Río, Roberto (2008) El número Pi: de la Geometría al Cálculo Numérico.
  • Club de Amigos de Pi
  • Para buscar cualquier número entre las primeras 200 000 000 de cifras de Pi
  • Programa para el cálculo de π y de otro gran número de constantes (en inglés)
  • (en inglés)


  •   Datos: Q167
  •   Multimedia: Pi
  •   Citas célebres: Pi

número, relación, entre, longitud, circunferencia, diámetro, geometría, euclidiana, número, irracional, constantes, matemáticas, más, importantes, emplea, frecuentemente, matemáticas, física, ingeniería, valor, numérico, truncado, primeras, cifras, siguiente, . p pi es la relacion entre la longitud de una circunferencia y su diametro en geometria euclidiana 1 Es un numero irracional 2 y una de las constantes matematicas mas importantes Se emplea frecuentemente en matematicas fisica e ingenieria El valor numerico de p truncado a sus primeras cifras es el siguiente 3 p 3 141 592 653 589 793 238 462 displaystyle pi 3 141 592 653 589 793 238 462 dots sucesion A000796 en OEIS El valor de p se ha obtenido con diversas aproximaciones a lo largo de la historia siendo una de las constantes matematicas que mas aparece en las ecuaciones de la fisica junto con el numero e Cabe destacar que el cociente entre la longitud de cualquier circunferencia y la de su diametro no es constante en geometrias no euclidianas 4 p displaystyle pi es la relacion entre la longitud de una circunferencia y su diametro Es una constante en geometria euclidiana Lista de numeros Numeros irracionalesz 3 2 3 5 f a e p dBinario 11 00100100001111110110 Decimal 3 14159265358979323846 Hexadecimal 3 243F6A8885A308D31319 Fraccion continua 3 1 7 1 15 1 1 1 292 displaystyle 3 cfrac 1 7 cfrac 1 15 cfrac 1 1 cfrac 1 292 ddots Notese que la fraccion continua no es periodica Indice 1 El nombre p 2 Historia del calculo del valor p 2 1 Antiguo Egipto 2 2 Mesopotamia 2 3 En la Biblia 2 4 Antiguedad clasica 2 5 El numero p pi en el sistema vigesimal 2 6 Matematica china 2 7 Matematica india 2 8 Matematica islamica 2 9 Renacimiento europeo 2 10 Epoca moderna precomputacional 2 11 Epoca moderna computacional 3 Caracteristicas matematicas 3 1 Definiciones y caracterizaciones 3 2 Numero irracional y trascendente 3 3 Primeras cincuenta cifras decimales 4 Formulas que contienen el numero p 4 1 En geometria 4 2 En calculo 4 3 En probabilidad 4 4 En analisis matematico 5 Computos de p 5 1 p y los numeros primos 5 2 Formula de Machin 5 3 Metodos eficientes 6 Aproximaciones geometricas a p 6 1 Metodo de Kochanski 6 2 Metodo de Mascheroni 7 Uso en matematica y ciencia 7 1 Geometria y trigonometria 7 2 Variable compleja 7 3 Calculo superior 7 4 Fisica 7 5 Probabilidad y estadistica 8 Reglas mnemotecnica 9 Cultura popular 9 1 Aparicion en medios 9 2 Singularidades 10 Dias de Aproximacion a p 11 Cuestiones abiertas sobre p 12 Vease tambien 13 Referencias 14 Enlaces externosEl nombre p Editar Letra griega pi Simbolo adoptado en 1706 por William Jones y popularizado por Leonhard Euler La notacion con la letra griega p proviene de la inicial de las palabras de origen griego perifereia periferia y perimetron perimetro de un circulo 5 notacion que fue utilizada primero por William Oughtred 1574 1660 y cuyo uso fue propuesto por el matematico gales William Jones 6 1675 1749 aunque fue el matematico Leonhard Euler con su obra Introduccion al calculo infinitesimal de 1748 quien la popularizo Fue conocida anteriormente como constante de Ludolph en honor al matematico Ludolph van Ceulen o como constante de Arquimedes que no se debe confundir con el numero de Arquimedes Jones plantea el nombre y simbolo de este numero en 1706 y Euler empieza a difundirlo en 1736 7 Arquimedes lo calculo con la aproximacion de 3 10 71 lt p lt 3 1 7 displaystyle 3 frac 10 71 lt pi lt 3 frac 1 7 tal como consigno en su obra Medicion del circulo ciertamente con otra notacion 7 Historia del calculo del valor p EditarLa busqueda del mayor numero de decimales del numero p displaystyle pi ha supuesto un esfuerzo constante de numerosos cientificos a lo largo de la historia 8 Algunas aproximaciones historicas de p displaystyle pi son las siguientes Antiguo Egipto Editar Detalle del papiro Rhind El valor aproximado de p displaystyle pi en las antiguas culturas se remonta a la epoca del escriba egipcio Ahmes en el ano 1800 a C descrito en el papiro Rhind 9 donde se emplea un valor aproximado de p displaystyle pi afirmando que el area de un circulo es similar a la de un cuadrado cuyo lado es igual al diametro del circulo disminuido en 1 9 es decir igual a 8 9 del diametro En notacion moderna S p r 2 8 9 d 2 64 81 d 2 64 81 4 r 2 displaystyle S pi r 2 simeq left frac 8 9 cdot d right 2 frac 64 81 d 2 frac 64 81 left 4r 2 right p 256 81 3 16049 displaystyle pi simeq frac 256 81 3 16049 ldots Entre los ocho documentos matematicos hallados de la antigua cultura egipcia en dos se habla de circulos Uno es el papiro Rhind y el otro es el papiro de Moscu Solo en el primero se habla del valor aproximado del numero p displaystyle pi El investigador Otto Neugebauer en un anexo de su libro The Exact Sciences in Antiquity 10 describe un metodo inspirado en los problemas del papiro de Ahmes para averiguar el valor de p mediante la aproximacion del area de un cuadrado de lado 8 a la de un circulo de diametro 9 Mesopotamia Editar Hacia el 1900 1600 a C algunos matematicos mesopotamicos empleaban en el calculo de segmentos valores de p displaystyle pi igual a 3 alcanzando en algunos casos valores mas aproximados como el de p 3 1 7 3 142857 displaystyle pi approx 3 frac 1 7 3 142857 En la Biblia Editar Una de las referencias indirectas mas antiguas del valor aproximado de p se puede encontrar en un versiculo de la Biblia Hizo el Mar de metal fundido que tenia diez codos de borde a borde era enteramente redondo y de cinco codos de altura un cordon de treinta codos media su contorno Debajo del borde habia calabazas todo en derredor daban vuelta al Mar a largo de treinta codos habia dos filas de calabazas fundidas en una sola pieza I Reyes Biblia de Jerusalen Una cita similar se puede encontrar en el Segundo libro de las cronicas En el aparece en una lista de requerimientos para la construccion del Gran Templo de Salomon construido sobre el 950 a C Hizo el Mar de metal fundido de diez codos de borde a borde Era enteramente redondo y de cinco codos de alto Un cordon de treinta codos media su contorno II Cronicas Biblia de Jerusalen Ambas citas dan 3 como valor de p lo que supone una notable perdida de precision respecto de las anteriores estimaciones egipcia y mesopotamica Al respecto apologeticos cristianos senalan que la falta de precision se pueda atribuir al redondeo de las dimensiones relatadas por el texto 11 Metodo de Arquimedes para encontrar dos valores que se aproximen al numero p por exceso y defecto Metodo de aproximacion de Liu Hui Antiguedad clasica Editar El matematico griego Arquimedes siglo III a C fue capaz de determinar el valor de p entre el intervalo comprendido por 3 10 71 como valor minimo y 3 1 7 como valor maximo Con esta aproximacion de Arquimedes se obtiene un valor con un error que oscila entre 0 024 y 0 040 sobre el valor real El metodo usado por Arquimedes 12 era muy simple y consistia en circunscribir e inscribir poligonos regulares de n lados en circunferencias y calcular el perimetro de dichos poligonos Arquimedes empezo con hexagonos circunscritos e inscritos y fue doblando el numero de lados hasta llegar a poligonos de 96 lados Alrededor del ano 20 d C el arquitecto e ingeniero romano Vitruvio calcula p como el valor fraccionario 25 8 midiendo la distancia recorrida en una revolucion por una rueda de diametro conocido En el siglo II Claudio Ptolomeo proporciona un valor fraccionario por aproximaciones p 377 120 3 1416 displaystyle pi approx frac 377 120 3 1416 ldots El numero p pi en el sistema vigesimal Editar El numero p es un coeficiente que multiplicado por el diametro nos indica la longitud de la circunferencia Es decir tres veces el diametro se acerca a la longitud de la circunferencia pero se queda corto En realidad hay que multiplicar el diametro por 3 14159 Lo estamos expresando como tres unidades y un cociente propio del sistema decimal Sistema decimal p 3 14159 dd Sistema vigesimal p 03 02 16 08 18 04 dd Explicacion de su obtencion PASO 1 Cociente decimal Multiplicador Cociente veintesimal0 1 decima 2 00 02 veintesimas 0 01 centesima 4 00 00 04 tetracentesimas 0 001 milesima 8 00 00 00 08 ochomilesimas 0 0001 diezmilesima 16 00 00 00 00 160 00001 cienmilesima 32 00 00 00 01 02 dd dd dd PASO 2 Tenemos que tener en cuentas las llevadas 3 1 4 1 5 9 03 02 16 08 04 04 14 03 02 16 08 18 04 dd dd dd Matematica china Editar El calculo de pi fue una atraccion para los matematicos expertos de todas las culturas Hacia 120 el astronomo chino Zhang Heng 78 139 fue uno de los primeros en usar la aproximacion 10 que dedujo de la razon entre el volumen de un cubo y la respectiva esfera inscrita Un siglo despues el astronomo Wang Fang lo estimo en 142 45 3 155555 aunque se desconoce el metodo empleado 13 Pocos anos despues hacia 263 el matematico Liu Hui fue el primero en sugerir 14 que 3 14 era una buena aproximacion usando un poligono de 96 15 o 192 13 lados Posteriormente estimo p como 3 14159 empleando un poligono de 3072 lados 15 16 A finales del siglo V el matematico y astronomo chino Zu Chongzhi calculo el valor de p displaystyle pi en 3 1415926 al que llamo valor por defecto y 3 1415927 valor por exceso y dio dos aproximaciones racionales de p displaystyle pi 22 7 y 355 113 muy conocidas ambas 17 siendo la ultima aproximacion tan buena y precisa que no fue igualada hasta mas de nueve siglos despues en el siglo XV 15 Matematica india Editar Usando un poligono regular inscrito de 384 lados a finales del siglo V el matematico indio Aryabhata estimo el valor en 3 1416 A mediados del siglo VII estimando incorrecta la aproximacion de Aryabhata Brahmagupta calcula p displaystyle pi como 10 calculo mucho menos preciso que el de su predecesor Hacia 1400 Madhava obtiene una aproximacion exacta hasta 11 digitos 3 14159265359 siendo el primero en emplear series para realizar la estimacion 13 Matematica islamica Editar En el siglo IX Al Jwarizmi en su Algebra Hisab al yabr ua al muqabala hace notar que el hombre practico usa 22 7 como valor de p displaystyle pi el geometra usa 3 y el astronomo 3 1416 En el siglo XV el matematico persa Ghiyath al Kashi fue capaz de calcular el valor aproximado de p displaystyle pi con nueve digitos empleando una base numerica sexagesimal lo que equivale a una aproximacion de 16 digitos decimales 2p displaystyle pi 6 2831853071795865 Renacimiento europeo Editar John Wallis 1616 1703 Leonhard Euler 1707 1783 A partir del siglo XII con el uso de cifras arabigas en los calculos se facilito mucho la posibilidad de obtener mejores calculos para p El matematico Fibonacci 1170 1250 en su Practica Geometriae amplifica el metodo de Arquimedes proporcionando un intervalo mas estrecho Algunos matematicos del siglo XVII como Viete usaron poligonos de hasta 393 216 lados para aproximarse con buena precision a 3 141592653 En 1593 el flamenco Adriaan van Roomen Adrianus Romanus obtiene una precision de 16 digitos decimales usando el metodo de Arquimedes Epoca moderna precomputacional Editar En 1610 el matematico Ludolph van Ceulen calculo los 35 primeros decimales de p Se dice que estaba tan orgulloso de esta hazana que lo mando grabar en su lapida Los libros de matematica alemanes durante muchos anos denominaron a p como numero ludolfiano En 1665 Isaac Newton desarrolla la serie 18 arcsin x x 1 2 x 3 3 1 3 2 4 x 5 5 1 3 5 2 4 6 x 7 7 displaystyle arcsin x x frac 1 2 cdot frac x 3 3 frac 1 cdot 3 2 cdot 4 cdot frac x 5 5 frac 1 cdot 3 cdot 5 2 cdot 4 cdot 6 cdot frac x 7 7 ldots Con x 1 2 displaystyle x frac 1 2 obtuvo una serie para arcsin 1 2 p 6 displaystyle arcsin left frac 1 2 right frac pi 6 El matematico ingles John Wallis desarrollo en 1655 la conocida serie Producto de Wallis 2 1 2 3 4 3 4 5 6 5 6 7 8 7 8 9 p 2 displaystyle frac 2 1 cdot frac 2 3 cdot frac 4 3 cdot frac 4 5 cdot frac 6 5 cdot frac 6 7 cdot frac 8 7 cdot frac 8 9 cdot dots frac pi 2 En 1699 a sugerencia de Edmond Halley el matematico ingles Abraham Sharp 1651 1742 calculo pi con una precision de 71 digitos decimales usando la serie de Gregory arctan x x x 3 3 x 5 5 displaystyle arctan x x frac x 3 3 frac x 5 5 ldots Con x 1 3 displaystyle x frac 1 sqrt 3 se obtiene una serie para arctan 1 3 p 6 displaystyle arctan left frac 1 sqrt 3 right frac pi 6 Para alcanzar la precision obtenida debio usar alrededor de trescientos terminos en la serie En 1720 el frances Thomas de Lagny utilizo el mismo metodo para obtener una aproximacion de 127 digitos solo los primeros 112 eran correctos Leibniz calculo de una forma mas complicada en 1682 la siguiente serie matematica que lleva su nombre n 0 1 n 2 n 1 1 1 3 1 5 p 4 displaystyle sum n 0 infty frac 1 n 2n 1 1 frac 1 3 frac 1 5 dots frac pi 4 El ingles William Oughtred fue el primero que empleo la letra griega p como simbolo del cociente entre las longitudes de una circunferencia y su diametro Fue en el ano 1706 cuando el gales William Jones afirmo 3 14159 andc p y propuso usar siempre el simbolo p y fue Leonhard Euler el que al adoptarlo en 1737 lo convirtio en la notacion habitual que se usa hasta nuestros dias El matematico japones Takebe empezo a calcular el numero p en el ano 1722 con el mismo metodo expuesto por Arquimedes y fue ampliando el numero de lados para poligonos circunscritos e inscritos hasta llegar a 1024 lados Este ingente trabajo consiguio que se determinara p con 41 decimales En 1789 el matematico de origen esloveno Jurij Vega mediante la formula de John Machin descubierta en 1706 fue el primero en averiguar los primeros 140 decimales de p de los cuales 126 eran correctos este record se mantuvo durante 52 anos hasta que en 1841 William Rutherford calculo 208 decimales de los cuales 152 eran correctos El matematico aficionado de origen ingles William Shanks trabajo durante 20 anos en hallar los digitos decimales de p habiendo obtenido 707 decimales en 1873 En el ano 1944 D F Ferguson encontro un error en el quingentesimo vigesimo octavo digito decimal 528º de la serie de Shanks a partir del cual todos los digitos subsiguientes eran erroneos 19 En 1948 Ferguson recalculo p con 808 decimales con la ayuda de una calculadora electronica 20 Algunas aproximaciones historicas de valores de p anteriores a la epoca computacional se muestran en la siguiente tabla Ano Matematico o documento Cultura Aproximacion Error en partes por millon 1900 a C Papiro de Ahmes Egipcia 28 34 3 1605 6016 ppm 1600 a C Tablilla de Susa Babilonica 25 8 3 125 5282 ppm 600 a C La Biblia Reyes I 7 23 Judia 3 45 070 ppm 500 a C Bandhayana India 3 09 16 422 ppm 250 a C Arquimedes de Siracusa Griega entre 3 10 71 y 3 1 7empleo 211875 67441 3 14163 lt 402 ppm13 45 ppm 150 Claudio Ptolomeo Grecoegipcia 377 120 3 141666 23 56 ppm263 Liu Hui China 3 14159 0 84 ppm263 Wang Fan China 157 50 3 14 507 ppm 300 Chang Hong China 101 2 3 1623 6584 ppm 500 Zu Chongzhi China entre 3 1415926 y 3 1415929empleo 355 113 3 1415929 lt 0 078 ppm0 085 ppm 500 Aryabhata India 3 1416 2 34 ppm 600 Brahmagupta India 101 2 3 1623 6584 ppm 800 Al Juarismi Persa 3 1416 2 34 ppm1220 Fibonacci Italiana 3 141818 72 73 ppm1400 Madhava India 3 14159265359 0 085 ppm1424 Al Kashi Persa 2p 6 2831853071795865 0 1 ppm Epoca moderna computacional Editar Desde el diseno de la primera computadora se empezaron a desarrollar programas para el calculo del numero p con la mayor cantidad de cifras posible De esta forma en 1949 un ENIAC fue capaz de romper el record obteniendo 2037 cifras decimales en 70 horas Poco a poco fueron surgiendo ordenadores que batian records y de esta forma pocos anos despues 1954 un NORAC llego a 3092 cifras Durante casi toda la decada de los anos 1960 los IBM fueron batiendo records hasta que un IBM 7030 pudo llegar en 1966 a 250 000 cifras decimales en 8 h y 23 min Durante esta epoca se probaban las nuevas computadoras con algoritmos para la generacion de series de numeros procedentes de p displaystyle pi En la decada de 2000 los ordenadores son capaces de obtener numeros que poseen una inmensa cantidad de decimales En 2009 se hallaron mas de dos billones y medio de decimales de pi mediante el uso de una supercomputadora T2K Tsukuba System compuesta por 640 computadoras de alto rendimiento que juntas consiguen velocidades de procesamiento de 95 teraflops Lo obtuvieron en 73 horas y 36 minutos Ano Descubridor Ordenador utilizado Numero de cifras decimales1949 G W Reitwiesner y otros 21 ENIAC 20371954 NORAC 30921959 Guilloud IBM 704 16 1671967 CDC 6600 500 0001973 Guillord y Bouyer 21 CDC 7600 1 001 2501981 Miyoshi y Kanada 21 FACOM M 200 2 000 0361982 Guilloud 2 000 0501986 Bailey CRAY 2 29 360 1111986 Kanada y Tamura 21 HITAC S 810 20 67 108 8391987 Kanada Tamura Kobo y otros NEC SX 2 134 217 7001988 Kanada y Tamura Hitachi S 820 201 326 0001989 Hermanos Chudnovsky CRAY 2 y IBM 3090 VF 480 000 0001989 Hermanos Chudnovsky IBM 3090 1 011 196 6911991 Hermanos Chudnovsky 2 260 000 0001994 Hermanos Chudnovsky 4 044 000 0001995 Kanada y Takahashi HITAC S 3800 480 6 442 450 0001997 Kanada y Takahashi Hitachi SR2201 51 539 600 0001999 Kanada y Takahashi Hitachi SR8000 68 719 470 0001999 Kanada y Takahashi Hitachi SR8000 206 158 430 0002002 Kanada y otros 21 22 Hitachi SR8000 MP 1 241 100 000 0002004 Hitachi 1 351 100 000 0002009 Daisuke Takahashi 23 T2K Tsukuba System 2 576 980 370 0002009 Fabrice Bellard 24 Core i7 CPU 2 93 GHz RAM 6GiB 2 699 999 990 0002010 Shigeru Kondo 2 x Intel Xeon X5680 3 33 GHz 5 000 000 000 0002011 Shigeru Kondo 10 000 000 000 0002019 Emma Haruka Iwao 25 Google Cloud cruncher 31 000 000 000 0002020 Timothy Mullican 26 50 000 000 000 000 En la epoca computacional del calculo de p las cifras se han disparado no solo debido a la potencia de calculo que estas maquinas son capaces de generar sino tambien por el prestigio que conlleva para el constructor de la maquina cuando su marca aparece en la lista de los records y por la capacidad de hacer uso de computacion avanzada para encadenar millones de maquinas si se desea y asi aumentar la potencia de calculo que en los anteriores casos solo deviene de una sola maquina siendo el ultimo ejemplo el uso de una combinacion entre potencia de procesamiento y el uso de programas de calculo y o entrelazamiento de maquinas asistido 25 Caracteristicas matematicas Editar Se muestra la relacion entre un cuadrado de lado r displaystyle r y un circulo de radio r displaystyle r El area del circulo es p r 2 displaystyle pi r 2 Definiciones y caracterizaciones Editar Euclides fue el primero en demostrar que la relacion entre una circunferencia y su diametro es una cantidad constante 27 No obstante existen diversas definiciones del numero p displaystyle pi pero las mas comun es p displaystyle pi es la razon entre la longitud de cualquier circunferencia y la de su diametro Ademas p displaystyle pi es El area de un circulo unitario de radio que tiene longitud 1 en el plano geometrico usual o plano euclideo El menor numero real x displaystyle x positivo tal que sin x 0 displaystyle sin x 0 Tambien es posible definir analiticamente p displaystyle pi dos definiciones son posibles La ecuacion sobre los numeros complejos e i x 1 0 displaystyle e ix 1 0 admite una infinidad de soluciones reales positivas la mas pequena de las cuales es precisamente p displaystyle pi vease identidad de Euler La ecuacion diferencial S x S x 0 displaystyle S x S x 0 con las condiciones de contorno S 0 0 S 0 1 displaystyle S 0 0 S 0 1 para la que existe solucion unica garantizada por el teorema de Picard Lindelof es un funcion analitica la funcion trigonometrica sin x displaystyle sin x cuya raiz positiva mas pequena es precisamente p displaystyle pi A traves de una integral definida se obtiene el valor de p displaystyle pi 4 Se integra la funcion f x 1 1 x2 de 0 a 1 28 Todos los ensayos estadisticos realizados sobre la sucesion de los digitos decimales de pi han corroborado su caracter aleatorio No hay orden ni regularidad hay varias series de 7777 y la chocante 999999 hay apariciones que confunden o agradan a los intuicionistas 29 Numero irracional y trascendente Editar Articulo principal Prueba de que p es irracional Se trata de un numero irracional lo que significa que no puede expresarse como fraccion de dos numeros enteros como demostro Johann Heinrich Lambert en 1761 o 1767 Tambien es un numero trascendente es decir que no es la raiz de ningun polinomio de coeficientes enteros En el siglo XIX el matematico aleman Ferdinand Lindemann demostro este hecho cerrando con ello definitivamente la permanente y ardua investigacion acerca del problema de la cuadratura del circulo indicando que no tiene solucion Tambien se sabe que p tampoco es un numero de Liouville Mahler 30 1953 es decir no solo es trascendental sino que no puede ser aproximado por una secuencia de racionales rapidamente convergente Stoneham 1970 cita requerida Primeras cincuenta cifras decimales Editar A pesar de tratarse de un numero irracional continua siendo averiguada la maxima cantidad posible de decimales Los cincuenta primeros son p 3 1415926535 8979323846 2643383279 5028841971 6939937510 displaystyle pi approx 3 1415926535 8979323846 2643383279 5028841971 6939937510 Para ver secuencias mayores de este numero consultese las referencias 5 1012 decimales 31 asi como Las primeras diez mil cifras decimales A00796 y OEIS En ciencia e ingenieria esta constante puede emplearse la mayoria de las veces con una precision de solo una docena de decimales Con cuarenta decimales se podria describir con precision la curvatura de la Via Lactea con un error mas pequeno que el tamano de un proton 32 Formulas que contienen el numero p EditarEn geometria Editar Longitud de la circunferencia de radio r C 2 p rAreas de secciones conicas Area del circulo de radio r A p r Area interior de la elipse con semiejes a y b A p abAreas de cuerpos de revolucion Area del cilindro 2 p r r h Area del cono p r p r g Area de la esfera 4 p r Volumenes de cuerpos de revolucion Volumen de la esfera de radio r V 4 3 p r Volumen de un cilindro recto de radio r y altura h V p r h Volumen de un cono recto de radio r y altura h V p r h 3Ecuaciones expresadas en radianes Angulos 180 grados son equivalentes a p radianes El volumen del toro conlleva p al cuadrado 33 En calculo Editar Area limitada por la astroide 3 8 p a2 34 Area de la region comprendida por el eje X y un arco de la cicloide 3 p a2 Area encerrada por la cardioide 3 2 p a2 Area de la region entre el eje polar y las dos primeras vueltas de la espiral de Arquimedes r aa 35 es 8p3 a2 Area entre la curva de Agnesi y la asintota es S pa2 36 Cisoide Estrofoide Caracol de Pascal El area usando esta curva y cualquiera de las anteriores lleva en la formula el valor de pi 37 En probabilidad Editar La probabilidad de que dos enteros positivos escogidos al azar sean primos entre si es 6 p Si se eligen al azar dos numeros positivos menores que 1 la probabilidad de que junto con el numero 1 puedan ser los lados de un triangulo obtusangulo es p 2 4 El numero medio de formas de escribir un entero positivo como suma de dos cuadrados perfectos es p 4 el orden es relevante Aguja de Buffon si lanzamos al azar una aguja de longitud L sobre una superficie en la que hay dibujadas lineas paralelas separadas una distancia D la probabilidad de que la aguja corte a una linea es 2L DpEn analisis matematico Editar Formula de Leibniz 38 n 0 1 n 2 n 1 1 1 1 3 1 5 1 7 1 9 p 4 displaystyle sum n 0 infty left 1 right n over 2 n 1 frac 1 1 frac 1 3 frac 1 5 frac 1 7 frac 1 9 cdots frac pi 4 Producto de Wallis n 1 2 n 2 n 1 2 n 2 n 1 2 1 2 3 4 3 4 5 6 5 6 7 8 7 8 9 p 2 displaystyle prod n 1 infty left frac 2n 2n 1 cdot frac 2n 2n 1 right frac 2 1 cdot frac 2 3 cdot frac 4 3 cdot frac 4 5 cdot frac 6 5 cdot frac 6 7 cdot frac 8 7 cdot frac 8 9 cdots frac pi 2 Euler n 0 2 n n 2 2 n 1 1 1 3 1 2 3 5 1 2 3 3 5 7 p 2 displaystyle sum n 0 infty cfrac 2 n n 2 2n 1 1 frac 1 3 frac 1 cdot 2 3 cdot 5 frac 1 cdot 2 cdot 3 3 cdot 5 cdot 7 cdots frac pi 2 Identidad de Euler e p i 1 0 displaystyle e pi i 1 0 Area bajo la campana de Gauss e x 2 d x p displaystyle int infty infty e x 2 dx sqrt pi Formula de Stirling n 2 p n n e n displaystyle n approx sqrt 2 pi n left frac n e right n Formula resultante del limite cuando k tiende a infinito de la funcion de Riemann para 2k 39 2 p lim k 2 2 k B 2 k 1 2 k displaystyle 2 pi lim k to infty left frac 2 2k B 2k right frac 1 2k Donde B 2k es el 2k esimo numero de Bernoulli Problema de Basilea resuelto por Euler en 1735 z 2 1 1 2 1 2 2 1 3 2 1 4 2 p 2 6 displaystyle zeta 2 frac 1 1 2 frac 1 2 2 frac 1 3 2 frac 1 4 2 cdots frac pi 2 6 Euler z 4 1 1 4 1 2 4 1 3 4 1 4 4 p 4 90 displaystyle zeta 4 frac 1 1 4 frac 1 2 4 frac 1 3 4 frac 1 4 4 cdots frac pi 4 90 Formula de Nilakantha p 3 4 n 1 1 n 1 2 n 2 n 1 2 n 2 displaystyle pi 3 4 sum n 1 infty 1 n 1 over 2n 2n 1 2n 2 Formula de Ramanujan 1 p 2 2 9801 n 0 4 n 26390 n 1103 n 4 396 4 n displaystyle frac 1 pi frac 2 sqrt 2 9801 sum n 0 infty 4n 26390n 1103 over n 4 396 4n Formula de Chudnovsky Se obtienen 14 decimales con cada iteracion 1 p 12 n 0 1 n 6 n 545140134 n 13591409 n 3 3 n 640320 3 n 3 2 displaystyle frac 1 pi 12 sum n 0 infty 1 n 6n 545140134n 13591409 over n 3 3n 640320 3n 3 2 Ademas p tiene varias representaciones como fracciones continuas 40 p 4 1 1 1 3 4 5 9 7 16 9 25 11 36 13 49 displaystyle frac pi 4 cfrac 1 1 cfrac 1 3 cfrac 4 5 cfrac 9 7 cfrac 16 9 cfrac 25 11 cfrac 36 13 cfrac 49 ddots dd 4 p 1 1 2 2 3 2 2 5 2 2 1 1 3 2 3 3 5 2 5 5 7 2 7 displaystyle frac 4 pi 1 cfrac 1 2 2 cfrac 3 2 2 cfrac 5 2 2 cdots 1 cfrac frac 1 3 frac 2 3 cfrac frac 3 5 frac 2 5 cfrac frac 5 7 frac 2 7 cdots 41 dd Tambien como desarrollo en series p k 0 2 1 k 3 1 2 k 2 k 1 displaystyle pi sum k 0 infty frac 2 1 k 3 frac 1 2 k 2k 1 Formas de representacion aproximada a p displaystyle pi 42 355 113 3 141592 displaystyle frac 355 113 approx 3 141592 261424513284461 29 p displaystyle sqrt 29 261424513284461 approx pi Metodo de Montecarlo En un circulo de radio r inscrito en un cuadrado de lado 2r 2 veces el radio el area del circulo es pr y la del cuadrado 2r De esto se deduce que la relacion de area entre el cuadrado y el circulo de p 4 43 Formula de Srinivasa Ramanujan demostrada en 1985 por Jonathan y Peter Borwein descubierta en 1910 Es muy eficaz porque aporta 8 decimales a cada iteracion 1 p 2 2 9801 k 0 4 k 1103 26390 k k 4 396 4 k displaystyle frac 1 pi frac 2 sqrt 2 9801 sum k 0 infty frac 4k 1103 26390k k 4 396 4k Computos de p EditarCategoria principal Algoritmos de calculo de p p y los numeros primos Editar Utilizando el inverso del producto de Euler para la funcion zeta de Riemann y para el valor del argumento igual a 2 se obtiene 1 z 2 lim n p n P 1 1 2 2 1 1 3 2 1 1 5 2 1 1 7 2 1 1 11 2 1 1 p n 2 6 p 2 displaystyle frac 1 zeta 2 lim n to infty atop p n in mathbf P left 1 frac 1 2 2 right left 1 frac 1 3 2 right left 1 frac 1 5 2 right left 1 frac 1 7 2 right left 1 frac 1 11 2 right left 1 frac 1 p n 2 right frac 6 pi 2 donde pn es el n esimo numero primo Euler fue el primero en hallar este valor de la funcion zeta empleando la expresion de sumatoria y resolviendo asi el famoso Problema de Basilea Formula de Machin Editar Una forma exacta de poder calcular p en terminos de tangentes inversas de fracciones unitarias es la formula de Machin descubierta en 1706 p 4 4 arctan 1 5 arctan 1 239 displaystyle frac pi 4 4 arctan frac 1 5 arctan frac 1 239 Muchos matematicos emplearon esta formula para averiguar digitos por encima de la centena por ejemplo el ya citado Shanks que con esta formula calculo 707 posiciones decimales de p Metodos eficientes Editar Los primeros millones de digitos de p y 1 p se pueden consultar en Proyecto Gutenberg vease enlaces externos Uno de los records mas recientes fue alcanzado en diciembre de 2002 por Yasumasa Kanada de la Universidad de Tokio fijando el numero pi con 1 241 100 000 000 digitos se necesitaron unas 602 horas con un superordenador de 64 nodos Hitachi SR8000 con una memoria de un terabyte capaz de llevar a cabo dos billones de operaciones por segundo mas de seis veces el record previo 206 mil millones de digitos Para ello se emplearon las siguientes formulas modificadas de Machin K Takano 1982 p 4 12 arctan 1 49 32 arctan 1 57 5 arctan 1 239 12 arctan 1 110443 displaystyle frac pi 4 12 arctan frac 1 49 32 arctan frac 1 57 5 arctan frac 1 239 12 arctan frac 1 110443 F C W Stormer 1986 p 4 44 arctan 1 57 7 arctan 1 239 12 arctan 1 682 24 arctan 1 12943 displaystyle frac pi 4 44 arctan frac 1 57 7 arctan frac 1 239 12 arctan frac 1 682 24 arctan frac 1 12943 Estas aproximaciones proporcionaron una cantidad tan ingente de digitos que puede decirse que ya no es util sino para comprobar el funcionamiento de los superordenadores La limitacion no esta en la computacion sino en la memoria necesaria para almacenar una cadena con una cantidad tan grande de numeros Aproximaciones geometricas a p EditarEs posible obtener una aproximacion al valor de p de forma geometrica De hecho ya los griegos intentaron obtener sin exito una solucion exacta al problema del valor de p mediante el empleo de regla y compas El problema griego conocido como cuadratura del circulo o lo que es lo mismo obtener un cuadrado de area igual al area de un circulo cualquiera lleva implicito el calculo del valor exacto de p Una vez demostrado que era imposible la obtencion de p mediante el uso de regla y compas se desarrollaron varios metodos aproximados Dos de las soluciones aproximadas mas elegantes son las debidas a Kochanski usando regla y compas y la de Mascheroni empleando unicamente un compas Metodo de Kochanski Editar Metodo de Kochanski Se dibuja una circunferencia de radio R Se inscribe el triangulo equilatero OEG Se traza una recta paralela al segmento EG que pase por A prolongandola hasta que corte al segmento OE obteniendo D Desde el punto D y sobre ese segmento se transporta 3 veces el radio de la circunferencia y se obtiene el punto C El segmento BC es aproximadamente la mitad de la longitud de la circunferencia Demostracion suponiendo R 1 B C 2 A B 2 3 D A 2 displaystyle BC 2 AB 2 3 DA 2 O F 3 2 displaystyle OF frac sqrt 3 2 D A E F O A O F D A 1 2 1 3 2 D A 3 3 displaystyle frac DA EF frac OA OF rightarrow frac DA 1 2 frac 1 sqrt 3 2 rightarrow DA frac sqrt 3 3 Sustituyendo en la primera formula B C 2 2 2 3 3 3 2 B C 40 6 3 3 3 141533 displaystyle BC 2 2 2 left 3 frac sqrt 3 3 right 2 rightarrow BC sqrt 40 6 sqrt 3 over 3 3 141533 Metodo de Mascheroni Editar Metodo de Mascheroni Metodo desarrollado por Lorenzo Mascheroni se dibuja una circunferencia de radio R y se inscribe un hexagono regular El punto D es la interseccion de dos arcos de circunferencia BD con centro en A y CD con centro en A Obtenemos el punto E como interseccion del arco DE con centro en B y la circunferencia El segmento AE es un cuarto de la longitud de la circunferencia aproximadamente Demostracion suponiendo R 1 A D A C 3 displaystyle AD AC sqrt 3 O D 3 1 2 displaystyle OD sqrt 3 1 sqrt 2 B E B D O D M B 2 M O 2 displaystyle BE BD sqrt OD MB 2 MO 2 B E B D 2 3 2 2 1 4 3 6 displaystyle BE BD sqrt left sqrt 2 frac sqrt 3 2 right 2 frac 1 4 sqrt 3 sqrt 6 Por el teorema de Ptolomeo en el cuadrilatero ABEB B B A E A B E B B E A B displaystyle BB cdot AE AB cdot EB BE cdot AB 2 A E 1 6 9 3 6 3 142399 displaystyle 2 cdot AE sqrt 1 sqrt 6 sqrt 9 3 cdot sqrt 6 3 142399 Uso en matematica y ciencia Editarp es ubicuo en matematica aparece incluso en lugares que carecen de una conexion directa con los circulos de la geometria euclidea 44 Geometria y trigonometria Editar Para cualquier circulo de radio r y diametro d 2r la longitud de la circunferencia es pd y el area del circulo es pr2 Ademas p aparece en formulas para areas y volumenes de muchas otras figuras geometricas relacionadas con la circunferencia como elipses esferas conos y toroides 45 p aparece en integrales definidas que describen la circunferencia area o volumen de figuras generadas por circunferencias y circulos En el caso basico la mitad del area de un circulo unitario es 46 1 1 1 x 2 d x p 2 displaystyle int 1 1 sqrt 1 x 2 dx frac pi 2 y la mitad de la longitud de la circunferencia unitaria es 47 1 1 1 1 x 2 d x p displaystyle int 1 1 frac 1 sqrt 1 x 2 dx pi Se puede integrar formas mas complejas como solidos de revolucion 48 De la definicion de las funciones trigonometricas desde el circulo unitario se llega a que el seno y el coseno tienen periodo 2p Lo que significa para todo x y enteros n sin x sin x 2pn y cos x cos x 2pn Porque sin 0 0 sin 2pn 0 para todos los enteros n Ademas el angulo 180 es igual a p radianes En otras palabras 1 p 180 radianes En la matematica moderna p es a menudo definido usando funciones trigonometricas por ejemplo como el menor entero positivo x para el cual sinx 0 para evitar dependencias innecesarias de las sutilezas de la geometria euclidiana y la integracion Equivalentemente p puede ser definido usando funciones trigonometricas inversas por ejemplo como p 2 arccos 0 o p 4 arctan 1 Expandir funciones trigonometricas inversas como series de potencias es la manera mas facil de obtener series infinitas para p Variable compleja Editar Representacion geometrica de la formula de Euler La frecuente aparicion de p en analisis complejo puede estar relacionada con el comportamiento de la funcion exponencial de una variable compleja descrito por la formula de Euler 49 e i f cos f i sin f displaystyle e i varphi cos varphi i sin varphi donde i es la unidad imaginaria que satisface la ecuacion i 2 1 displaystyle i 2 1 y e 2 71828 es el numero de Euler Esta formula implica que las potencias imaginarias de e describen rotaciones un circulo unitario en el plano complejo estas rotaciones tienen un periodo de 360º 2p En particular la rotacion de 180º f p resulta en la notable identidad de Euler e i p 1 0 displaystyle e i pi 1 0 Hay n diferentes raices n esimas de la unidad e 2 p i k n k 0 1 2 n 1 displaystyle e 2 pi ik n qquad k 0 1 2 dots n 1 Calculo superior Editar La integral de Gauss e x 2 d x p displaystyle int infty infty e x 2 dx sqrt pi 50 Una consecuencia es que el resultado de la division entre la funcion gamma de un semientero la mitad de un numero impar y p es un numero racional Fisica Editar Aunque no es una constante fisica p aparece rutinariamente en ecuaciones que describen los principios fundamentales del Universo no necesariamente relacionada con las caracteristicas geometricas del circulo sino usada por ejemplo para describir fenomenos periodicos como ondas y ciclos Debido en gran parte a su relacion con la naturaleza del circulo y correspondientemente con el sistema de coordenadas esfericas sistema usado ampliamente en fisica por sus propiedades de simetria radial Usando unidades como las unidades de Planck se puede eliminar a veces a p de las formulas La constante cosmologica 51 L 8 p G 3 c 2 r displaystyle Lambda 8 pi G over 3c 2 rho Principio de incertidumbre de Heisenberg 52 D x D p h 4 p displaystyle Delta x Delta p geq frac h 4 pi El uso de pi en esta relacion fundamental de la mecanica cuantica tiene relacion con la periodicidad de la funcion de onda describiendo un valor minimo en el cual se puede correctamente localizar una funcion de onda simultaneamente en espacio de coordenadas x displaystyle x y en espacio de frecuencias p displaystyle p interconectadas por la transformada de Fourier La frecuencia tiene relacion directa con el momento de la funcion de onda Por ejemplo para el foton p ℏ w displaystyle p hbar omega donde w 2 p f displaystyle omega 2 pi f y f displaystyle f es su frecuencia Ecuacion del campo de Einstein de la relatividad general 53 R i k g i k R 2 L g i k 8 p G c 4 T i k displaystyle R ik g ik R over 2 Lambda g ik 8 pi G over c 4 T ik Ley de Coulomb para la fuerza electrica 54 F q 1 q 2 4 p e 0 r 2 displaystyle F frac left q 1 q 2 right 4 pi varepsilon 0 r 2 Permeabilidad magnetica del vacio 55 m 0 4 p 10 7 N A 2 displaystyle mu 0 4 pi cdot 10 7 mathrm N A 2 Tercera ley de Kepler P 2 a 3 2 p 2 G M m displaystyle frac P 2 a 3 2 pi 2 over G M m Probabilidad y estadistica Editar En probabilidad y estadistica hay muchas distribuciones cuyas formulas contienen a p incluyendo la funcion de densidad de probabilidad para la distribucion normal con media m y desviacion estandar s que depende de la integral gaussiana 56 f x 1 s 2 p e x m 2 2 s 2 displaystyle f x 1 over sigma sqrt 2 pi e x mu 2 2 sigma 2 la funcion de densidad de probabilidad para la distribucion de Cauchy estandar 57 f x 1 p 1 x 2 displaystyle f x frac 1 pi 1 x 2 Notese que para todas las funciones de densidad de probabilidad se cumple que f x d x 1 displaystyle int infty infty f x dx 1 entonces las formulas anteriores pueden usarse para producir otras formulas integrales para p 58 Representacion del experimento en el modelo de la aguja de Buffon se lanzan dos agujas a b ambas con longitud l En el dibujo la aguja a esta cruzando la linea mientras que la aguja b no El problema de la aguja de Buffon es llamado en ocasiones como una aproximacion empirica de p Se trata de lanzar una aguja de longitud l repetidamente sobre una superficie en la que se han trazado rectas paralelas distanciadas entre si en t unidades de manera uniforme con t gt l de forma que la aguja no pueda tocar dos rectas Si la aguja se lanza n veces y x de esas cae cruzando una linea entonces se puede aproximar p usando el Metodo de Montecarlo lanzandola gran cantidad de veces 59 60 61 62 p 2 n l x t displaystyle pi approx frac 2nl xt Aunque este resultado es matematicamente impecable no puede usarse mas que para determinar unos cuantos digitos de p experimentalmente Para conseguirse solo tres digitos correctos incluyendo el 3 inicial requiere de millones de lanzamientos 59 y el numero de lanzamientos crece exponencialmente con el numero de digitos deseados Ademas cualquier error en la medida de las longitudes l y t se transfiere directamente como un error en la aproximacion de p Por ejemplo una diferencia de un simple atomo en una aguja de 10 centimetros podria acarrear errores en el noveno digito del resultado En la practica incertidumbres en la determinacion de si la aguja en realidad cruza una linea que parece estar solo tocandola lleva el limite de precision alcanzable a mucho menos de 9 digitos Reglas mnemotecnica EditarEs muy frecuente emplear poemas como regla mnemotecnica para poder recordar las primeras cifras del numero pi Una forma de memorizar los 20 primeros digitos es con este poema solo hay que contar las letras de cada palabra Soy y sere a todos definiblemi nombre tengo que daroscociente diametral siempre inmediblesoy de los redondos aros Otra version que permite enumerar los 27 primeros digitos es la siguiente Que Y como p reune infinidad de cifras Tiene que haber periodos repetidos Tampoco comprendo que de una cantidad poco sabida se afirme algo asi tan atrevido Notese que para el segundo 1 3 14159 se utiliza la letra griega p Un tercer poema Voy a amar a solas deprimidono sabran jamas que sueno hallarte perimetro dificil escondidoque en mis neuronas late Oscuro el camino para verlos secretos que tu ocultas hallarlos podre Otra regla que permite recordar las primeras 32 cifras Soy p lema y razon ingeniosa de hombre sabio que serie preciosa valorando enuncio magistral Por su ley singular bien medido el grande orbe por fin reducido fue al sistema ordinario usual del autor Rafael Nieto Paris 63 Aqui tambien se utiliza la letra griega p para el primer 1 Otra forma que permite recordar las primeras 14 cifras How I want a drink alcoholic of course after the heavy lectures involving quantum mechanics 64 Existen cuentos amplios que son capaces de hacer memorizar una gran cantidad de digitos tal es el titulado Cadaeic Cadenza escrito en 1996 por el matematico Michael Keith y que ofrece la posibilidad de memorizar los primeros 3834 digitos De esta forma tomando A como 1 B como 2 C como 3 etc el nombre de la historia saca los digitos de p como Cadaeic es la primera palabra de 7 digitos de p C a d a e i c 3 1 4 1 5 9 3Es de resaltar que en cada idioma existen diferentes reglas mnemotecnicas se aconseja visitar cada Wikipedia para descubrir el arte empleado en cada idioma Cultura popular EditarAparicion en medios Editar En el ano 1998 aparece una pelicula del director Darren Aronofsky denominada Pi sobre un matematico que cree que el mundo se representa por numeros Alfred Hitchcock en su filme Cortina rasgada hace aparecer el simbolo p como una organizacion de espionaje En la pelicula The Net aparece en la parte inferior derecha de una pagina de conciertos y musica de un programa llamado The Mozart Ghost Aparentemente es solo un adorno pero cuando se presiona CRTL ALT Clic en p se accede a la interfaz de datos del Guardian de la Puerta un programa de los pretorianos que pedia un usuario y una contrasena En la serie de dibujos animados The Simpsons en el episodio Bye Bye Nerdie el profesor Frink grita a voz en cuello que p es tres exactamente para atraer la atencion de un auditorio compuesto por cientificos Cuando todos se dan vuelta para mirarlo pide disculpas por haberse visto obligado a semejante sacrilegio En la serie Futurama aparecen diferentes referencias a p tales como aceite p en 1 y compre en pkea La novela Contacto de Carl Sagan sobre la que luego se filmo la pelicula homonima toma a p aunque no en base decimal como un numero que esconde la esencia misma del universo Singularidades Editar Piso Pi mosaico en la entrada del edificio de la matematica en TU Berlin Detalle del Mazda Pi se anadieron 27 cifras decimales de p a este automovil Tarta con el numero pi Construccion aproximada para la cuadratura del circulo encontrada por Ramanujan El metodo de Arquimedes no fue superado en casi dos mil anos a pesar de los grandes avances realizados en su evaluacion numerica 65 El valor de Pi usado por Posidonio 135 51 a C debio ser correcto en varias cifras decimales El valor que obtuvo para la circunferencia de la tierra fue adoptado tres siglos mas tarde por el astronomo alejandrino Claudio Ptolomeo y mucho despues por Cristobal Colon entre muchos otros 64 El 14 de marzo 3 14 en formato de fecha de Estados Unidos se marca tambien como el dia pi en el que los fanes de este numero lo celebran con diferentes actuaciones Curiosamente es el cumpleanos de Albert Einstein y el aniversario del fallecimiento de Stephen Hawking 66 355 113 3 1415929 se menciona a veces como una simulacion cuasi perfecta La Premio Nobel de Literatura Wislawa Szymborska escribio un poema titulado El numero Pi Liczba Pi en el que utiliza en su orden los 25 primeros digitos de p John Squire de la banda The Stone Roses menciona p en una cancion escrita para su segunda banda The Seahorses denominada Something Tells Me La cancion acaba con una letra como What s the secret of life It s 3 14159265 yeah yeah El primer millon de cifras de p y su inversa 1 p se puede consultar en el Proyecto Gutenberg o en este enlace La numeracion de las versiones del programa de tratamiento de texto TeX de Donald Knuth se realiza segun los digitos de p La version del ano 2002 se etiqueto con 3 141592 Se emplea este numero en la serie de senales enviadas por la tierra con el objeto de ser identificados por una civilizacion inteligente extraterrestre La probabilidad de que dos enteros positivos escogidos al azar sean primos entre si es 6 p 2 displaystyle 6 pi 2 Existen programas en internet que buscan tu numero de telefono en las 50 000 000 primeras cifras de p En algunos lenguajes de programacion se pueden averiguar tantos digitos como se desee con simplemente emplear expresiones como RealDigits N Pi 105 en Mathematica En el ano 2002 el japones Akira Haraguchi rompio el record mundial recitando durante 13 horas 83 431 digitos del numero pi sin parar doblando el anterior record en posesion del tambien japones Hiroyuki Goto El 4 de octubre de 2006 a la 1 30 de la madrugada y tras 16 horas y media Haraguchi volvio a romper su propio record recitando 100 000 digitos del numero pi realizando una parada cada dos horas de 10 minutos para tomar aire El maximo numero de digitos de p necesario para buscar cualquier secuencia de dia mes ano con cuatro digitos en la expansion decimal de pi es 60 872 Existe una cancion de Kate Bush llamada Pi en la cual se recitan mas de veinte digitos decimales del numero En Argentina el numero telefonico movil para emergencias en estaciones de trenes y subterraneos es 31416 67 El valor principal de la expresion i i displaystyle i i es un numero real y esta dado por 68 i i e i p 2 i e i 2 p 2 e p 2 0 207879 displaystyle i i left e i pi 2 right i e i 2 pi 2 e pi 2 0 207879 Srinivasa Ramanujan publico una solucion aproximada con regla y compas a la cuadratura del circulo en 1913 en la que obtuvo un segmento aproximadamente igual a r p displaystyle r sqrt pi 69 segmento d 2 355 113 r p displaystyle mbox segmento frac d 2 sqrt frac 355 113 approx r sqrt pi Los hebreos consideran al numero pi como el numero de Dios En la pelicula Pi Fe en el Caos los estudiantes de la Tora consideran los 216 6x6x6 primeros decimales como representacion del verdadero nombre de Dios En la Biblia judia y cristiana el nombre de Dios aparece en el capitulo 3 y versiculo 14 del Libro del Exodo Exodo 3 14 Dias de Aproximacion a p EditarArticulo principal Dia de p Segun determinadas coincidencias numericas los Dias de Aproximacion a Pi son 14 de marzo 3 14 en formato de fecha ingles 70 26 de abril 22 de julio 22 7 que es una aproximacion de pi 10 de noviembre es el 314º dia del calendario gregoriano 21 de diciembre es el dia 355 en referencia a la aproximacion 355 113 Cuestiones abiertas sobre p EditarCada uno de los digitos decimales 0 1 2 3 4 5 6 7 8 y 9 tiene una aparicion infinita en los decimales de p La denominada cuestion de Brouwer en la expansion decimal de p existe alguna posicion donde exista una sucesion de mil ceros consecutivos Es p simplemente normal en base 10 Es decir tiene cada uno de los diez digitos del sistema decimal la misma probabilidad de aparicion en una expansion decimal No se sabe si p e p e ln p son irracionales Se sabe que no son raices de polinomios de grado inferior a nueve y con coeficientes enteros del orden 109 71 72 Vease tambien EditarCuadratura del circulo Dia de p Lista de constantes matematicas Numero e Numero irracional Numero trascendente Tau 2p Demostracion de que 22 7 es mayor que p Leonhard Euler Sucesion de Fibonacci pReferencias Editar MATEMATICA 6 Reforma Matematica Costa Rica F Prima Grupo Consultor ISBN 9789930513101 Consultado el 27 de febrero de 2018 Incorporated InterLingua com google es books id tqgmdatAt0oC amp pg PA283 amp dq CF 80 pi n C3 BAmero irracional amp hl es amp sa X amp ved 0ahUKEwjs 9DhxMbZAhWF6RQKHU2dBu8Q6AEILTAB v onepage amp q CF 80 20 pi 20n C3 BAmero 20irracional amp f false 2009 InterLingua Publishing ISBN 9781884730023 Falta el titulo 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