. 利用公式 4 π ≈1- 3 1 + 5 1 - 7 1 +…,求 π 的近似值
时间: 2023-11-29 12:23:12 浏览: 72
用连分数近似计算π值
根据公式 $4\pi\approx 1-\frac{3}{1}+\frac{5}{1}-\frac{7}{1}+\cdots$, 我们可以将其转化为以下形式:
$$
\begin{aligned}
4\pi & \approx 1 - 3\times\frac{1}{1}+5\times\frac{1}{1}-7\times\frac{1}{1}+\cdots\\
&= (1-3+5-7+\cdots) + (3\times\frac{1}{1}-5\times\frac{1}{3}+7\times\frac{1}{5}-\cdots)\\
&= S_1 + S_2
\end{aligned}
$$
其中 $S_1$ 和 $S_2$ 分别是级数的奇数项和偶数项之和。
$S_1$ 是一个等比数列,首项为 $1$,公比为 $-2$,因此:
$$
S_1 = \frac{1}{1-(-2)} = \frac{1}{3}
$$
$S_2$ 是一个交错级数,可以使用莱布尼茨判别法进行估值。由于级数项是 $\frac{1}{n}$,因此 $S_2$ 满足条件。根据莱布尼茨判别法,$S_2$ 的绝对误差不超过第一项的绝对值:
$$
|S_2-\frac{1}{3}| \leq \frac{1}{1+2} = \frac{1}{3}
$$
因此,我们得到:
$$
\begin{aligned}
|4\pi-\frac{4}{3}| &= |(S_1+S_2)-\frac{4}{3}|\\
&= |S_1-\frac{1}{3}+S_2|\\
&\leq |S_2-\frac{1}{3}| + |S_1|\\
&\leq \frac{1}{3} + \frac{1}{3}\\
&= \frac{2}{3}
\end{aligned}
$$
即 $4\pi$ 的绝对误差不超过 $\frac{2}{3}$,因此 $\pi$ 的绝对误差不超过 $\frac{1}{6}$。由于 $\pi$ 是一个正数,因此我们可以得到以下的估值:
$$
\frac{4}{3}-\frac{2}{3} \leq 4\pi \leq \frac{4}{3}+\frac{2}{3}
$$
即:
$$
1 \leq \pi \leq \frac{2}{3}+\frac{1}{3}\times 4 = \frac{5}{3}
$$
因此, $\pi$ 的近似值为 $1\leq \pi \leq \frac{5}{3}$。
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