2024年第39周啊哈数:πₛᵢₗₒₙ

文摘   2024-09-23 23:56   北京  

晚上好!2024年的第39周!
本周的啊哈数是:……

允许我们先卖个关子。我们来看看这周负责研究啊哈数的嘻龙同学都做了哪些研究。他非常用心,每天都写了详细的日记记录了他的思考过程。我们一起看看他是怎么选出的本周啊哈数。

2024年9月19日 主角是谁?


今天刷到了一篇超好玩的《西游记》同人番外篇。别看全篇脑洞奇大,仔细想想却毫无违和感。我花了一个晚上一口气全念完了,太过瘾了!能给自己最爱的作品按照自己的脑洞扩写,体验感直接上升一个层次,所以我决定自己也来试试。

翻了翻网上,什么经典作品都有人写过番外了,哈利·波特、马里奥兄弟……我写什么好呢?诶?我最爱的数学常数圆周率π怎么还没人写过!谁说主角不能是一个数?决定了,明天开始我要写一篇关于圆周率的番外篇。

2024年9月20日 让圆周率穿越?


圆周率,就是圆的周长与直径之比。不管是硬币、餐盘还是车轮,它的周长与直径之比总是这样的一个约为3.14的无限不循环小数。写关于圆周率的同人故事,什么题材好呢……穿越故事怎么样?如果圆周率穿越到了一个只有方形的世界,圆周率岂不会变成——方周率?

边长是1厘米的正方形,周长就是4厘米。它的周长与直径之比是多少呢?有点麻烦。正方形的“直径”应该怎么算呢?如果按照正方形的“宽度”来算,那“直径”也是1厘米,所以周长与直径之比就是4。如果按照正方形内最远的两个点之间的距离(也就是对角线长度)来算,那“直径”就是√2厘米,所以周长与直径之比就是4/√2=2√2≈2.8284。 

这个“方周率”没有一个一致的、让众人信服的定义。可惜了,看来写变身为“方周率”的圆周率不大可行。明天再来想想吧!

2024年9月21日 让圆周率升级!


既然穿越不成,那……续写?圆已经是最高度对称的图形了。怎样让它变得更高,更强,让它再上一层楼呢?其实,刚才有句话不是特别准确。圆只是最高度对称的**平面**图形而已。有办法了!咱往更高维的空间发展。“圆周”的升级版,当然就是“球面”。有圆周率,为何没有“球面率”?我就不信今天我想不出来!

一个球体的表面积和直径之比是多少呢?我去查了一下,答案竟然是“不确定”。这和球体的大小有关。

如果把一个圆放大到原来的10倍,那么直径里的每一毫米都会变成一厘米,圆周上每一毫米的短线条也都跟着变成一厘米了,所以直径的总长度和圆周的总长度都会变成原来的10倍,周长与直径之比不变。

但是,如果把一个球体放大到原来的10倍,那么直径里的每一毫米都会变成一厘米,球面上每一平方毫米的小方格也都跟着变成一平方厘米了,所以直径的总长度会变成原来的10倍,但球面的总面积会变成原来的100倍。所以,表面积与直径之比会变成原来的10倍。因为得数不是一个常数,同人版圆周率的创作再次以失败告终。

唉……又可惜了。明天再战。

2024年9月22日 πₛᵢₗₒₙ


昨天失败的原因,似乎是因为我在用一个面积量除以一个长度量。如果我把长度量也改成面积量,让两个面积量相除呢?比方说——把直径的长度改成赤道面的面积?

过一个圆的圆心作一条直线,这条直线会和圆交于两点。这两点之间的连线就是直径。过一个球的球心作一个平面呢?它会和球面相交成一个圆圈。这个圆圈就叫作“大圆”。如果把球体想象成一个地球的话,赤道就是其中一个大圆。这个大圆围出的圆形面积,也就是赤道面的面积了。有没有觉得,把“圆的直径长度”这个概念搬到球里去,“球的直径长度”比较简单粗暴,而“球的赤道面面积”则是一种更“高级”的类比方案?

不妨这样来想。过圆心把圆切成相等的两半,切痕的长度就是直径的长度。如果过球心把球切成相等的两半,切面的面积……不就是赤道面的面积吗?或者这样想吧。从一条水平线段出发,作出一上一下两个半圆,拼在一起就形成了完整的圆。这条线段就是直径,它“撑”起了整个圆形。从一个水平圆盘出发,作出一上一下两个半球,拼在一起就形成了完整的球。这个圆盘就是赤道面,它“撑”起了整个球体。瞧!现在是不是怎么看怎么觉得,圆的直径长度,应该相当于球的赤道面面积!

而且,球的表面积与赤道面面积都是面积量,在球体放缩后,它们会以相同的比例跟着放大缩小,比值肯定不变,是一个常数。

成了!从圆周率出发,可以非常自然地引出一个新的概念,我准备叫它“球面率”,它指的是球体的表面积与赤道面面积之比!至于符号嘛,就用π和我的名字组成吧!πₛᵢₗₒₙ诞生!

 2024年9月23日 一盆冷水


今天,我给E师傅展示了我的研究成果——嘻龙常数,也就是πₛᵢₗₒₙ!这就是我们小数点同学会这周的啊哈数!我手舞足蹈地给E师傅讲解,还在纸上找了一块空白处写下了“πₛᵢₗₒₙ”的字样。今后的人一看就知道,它表示嘻龙版的π。

可我有多激动,E师傅就有多安静。他平静地听完我激昂的演说,中间没插一句话。我话音刚落,他就给我泼了一盆冷水:“跟你说一件事情,你可别伤心啊!”

我已经有了不详的预感。

E师傅继续说:“咱们今天‘啊哈数’恐怕得改一下了。”

 2024年第39周啊哈数:4

怎么回事?我的无比帅气的πₛᵢₗₒₙ呢?

原来,半径为R的球体,表面积总是等于4πR²,赤道面面积总是等于πR²,所以表面积和赤道面面积之比确实一个常数,只不过它并不是什么高深莫测的无限不循环小数,而是一个平平常常的正整数——4。

经历了这几天的起起伏伏,我沮丧极了,感觉自己好笨,完全不是一个当数学家的料……

谁知道,E师傅不仅不安慰我,竟然还捂嘴笑了起来。后来笑声居然逐渐变得不加掩饰,转变为“哈哈”大笑,笑得停不下来,笑得都岔了气。看我瞪着双眼,E师傅勉强停住了大笑,调整好呼吸告诉我:“有个法国数……数学家,可真是正儿八经的数学家啊,他还以为……还以为自己发现了一个特别牛的……数学常数呢,搞了半天……搞了半天……这个数精确地等于1!”

好吧,我知道E师傅说的是谁,就是反转之王嘛!看来他的意思是,即使是大数学家也有翻车的时候,我这样的思考并不丢人。

看到这,你知道本周的啊哈数有什么特别之处了吗?

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