网友提问:
圆的面积和半径绝对不会是无限的,那圆周率到底是不是有限的?
优质回答:
这位朋友,我觉得你对数学上的很多概念理解有问题。
最简单地说,无限不循环小数不是“无限的”。比如说著名的“根号二”就是一个无限不循环小数,其大小为:1.414…,小数点后面的数字是不会循环的。
但是很明显的,这个数字不是“无限的”,这个数字的大小大于1.414,小于1.415,所以其大小是有限的。所以无限不循环小数虽然你没有办法用有限位数字把它写下来,但是它的大小是有限的。
而圆周率也是一样的,圆周率的大小为3.1415926…,同样是一个无限不循环小数,但是这个数字大于3.14、小于3.15,所以也是一个有限的数字。
而圆的面积、周长是有限的,直径也是有限的,所以周长与直径的比也是有限的——这不就对上了吗?
总之,小数点后面的位数虽然是无穷多的,但是这个数字的大小却不是无穷大的,这一点儿也不难理解,不知道你为什么会有如此的疑问。
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无论圆的面积、周长和半径是否无限,圆周率π的小数位都是无限的,这是毫无疑问的。圆周率的大小不取决于圆的大小,圆周率是一个恒定的常数,只是这个常数不是有理数,而是无理数。圆周率的大小是有限的,只是小数位是无限的。
从数学上可以证明,对于任意一个圆,它的周长与直径之比以及面积与半径平方之比都是相等的常数,它就是圆周率。进一步证明表明,圆周率还是一个无限不循环的小数,它的小数位是永远也算不尽的。目前,人类用超级计算机把π的小数位算到了31.4万亿位。但纵使超级计算机的计算能力再怎么强大,也是无法算尽圆周率。
由于圆周率是无理数,那么,圆的面积、周长和半径之中都有可能是无理数。例如,如果一个圆的半径为1,那么,它的周长和面积的大小分别为2π和π。在这种情况下,半径为有理数,周长和面积都为无理数。
再假设圆的半径为1/π,那么,它的周长和面积的大小分别为2和1/π。在这种情况下,半径为无理数,周长为有理数,面积为无理数。
如果圆的半径为1/√π,那么,它的周长和面积的大小分别为2√π和1。在这种情况下,半径为无理数,周长为无理数,面积为有理数。
总之,由于圆周率是无限不循环的小数,这就使得圆的面积、周长和半径不可能都是有理数。但不管怎样,圆都是确定的,半径、周长和面积都有确切的数值,只是这个数可能拥有无穷无尽的小数位。
另外,只有在nπ进制下,欧氏几何中的圆周率才会是一个有理数。而在其他进制下,尤其是人们常用的二进制、八进制等整数进制下,圆周率都是无理数。这种情况放在宇宙中的任何地方都是成立的,我们这个宇宙就是有这样的规律。
如果在非平直的时空中,圆周率则不是常数,其大小会随着曲率而变化。在曲率为正的球体上,圆的周长与直径之比会大于π,并且这个数值会随着曲率的增加而减小。而在曲率为负的双曲面体上,圆的周长与直径之比会小于π。
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不太清楚问题中的“无限”和“有限”到底想表达什么意思。圆的面积和半径当然不会是无限(大)的,而是有限的,圆周率也不是无限的,它就是Π,约等于3.14,还没有3.15大,怎么是无限的呢?
那么,只有一点,问题中的“无限”应该是向表达“无限不循环”,而“有限”指的是“循环”。
对于圆周率Π,不少人有一种误解,认为“无限不循环就不是确定的数”,这是一种误解。事实上圆周率Π(包括任何其他无理数)与有理数都是确定的数,在这点没任何区别,无理数只是无法用小数准确地写出来,并不代表就不是确定的数。
比如说,在数轴上,我们就能很轻松地画出Π厘米,根号2厘米长度的线段,但是你永远无法用尺子去测量到底是不是Π厘米,因为无论如何都没有精确到无限位数的尺子。
如果圆的半径是有理数,那么圆的周长就是无理数,面积也是无理数。如果圆的半径是无理数,比如1/Π,那么圆的周长就是无理数。也就是说,圆的半径周长面积不可能都是有理数或无理数。
最重要的一点,一定要明白,不能因为无限不循环就认为不是固定的数,Π就是Π,非常固定,正如1就是1一样,区别只有一点:无限不循环和循环(无限循环)。
再举一个简单的例子就明白了,1/3你也无法用小数准确表述出来,它等于0.333无限循环下去,你永远写不完,正如你也永远无法用小数把Π写完是同样的道理,这都不妨碍它们是固定的准确的数!