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世界上收敛最快的计算 π 的公式是什么?

2021-01-30科学

谈到收敛速度非常快的公式来计算圆周率π(pi),一个著名的算法是查德诺夫斯基(Chudnovsky)兄弟在1980年代提出的公式:

\[ \frac{1}{\pi} = 12 \sum_{k=0}^{\infty} \frac{(-1)^k (6k)! (13591409 + 545140134k)}{(3k)!(k!)^3 640320^{3k + 3/2}} \]

这个级数收敛得非常迅速,使得π能够以较少的项得到高精度的近似值。实际计算时,通常会计算上述公式的倒数来获取π的值。

另一个快速收敛的公式是BBP公式(Bailey–Borwein–Plouffe 公式),它由David H. Bailey、Peter Borwein和Simon Plouffe在1995年发现,特别之处在于它允许通过计算π的第n位数字而无需计算前面的所有数字,这对于某些特定应用场合非常有用:

\[ \pi = \sum_{k=0}^{\infty} \frac{1}{16^k} \left( \frac{4}{8k+1} - \frac{2}{8k+4} - \frac{1}{8k+5} - \frac{1}{8k+6} \right) \]

不过要注意,BBP公式在计算前几位数时并不比其他一些传统的无限级数更快,但其优势在于可以并行计算且可以直接获得任意位数的π值。

在实际应用中,尤其是需要高精度π值的情况下,数学家和计算机科学家经常使用这些高效算法以及各种优化技术。现代高性能计算平台上的π计算记录往往采用的是高度优化的算法,并非单纯依赖某个基础的数学公式。