你可以花费九牛二虎之力,再运用大量方程式计算来证明,随着图形边的数量增加,该图形周长将无线接近π(圆的周长),或者你可以直接画一幅画说“看……这是真的”。
先用虚线画一个圆,其有内接和外切n角(蓝色)和2n角(红色)的正多边形。正多边形每段的长度是总周长除以段数(因此,所有段均除以n)。
如果将六个等边三角形粘在一起,则会得到一个正六边形,并带有一点三角,您会发现,如果您的圆的直径为1,则内接正六边形的周长为I6 = 3,而外切正六边形的周长为C6 =2√3≈3.46 。
要算出正十二边形的周长,就将C6和I6插入迭代方程式:
而这个周长都比迭代前的任何一个结果都更加接近于π,并且由于所有n的I_n <\ pi <C_n,因此我们可以找到π的范围越来越小。以下是其运算原理:
在圆上画内接或外切的正多边形会形成某种对称性。因此我们可以通过绘制一些三角形来快速地找出它们的各个角度。
也就是算出内接正多边形的一条边或者外切正多边形的一角。内接正多边形里面的边长可以由2n角地正多边形推导出。红色阴影三角形都相似(因为它们都有相同的角度),蓝色三角形也都相似。
一个完整的圆为360°,因此正多变边形的每一边都跨度为360° / n度。那么∠a就是这些角度的一半,因此∠a = 180 °/ n。
因为三角形中内角之和为180°,所以两∠b之和与∠a互补(二∠b之和为90°),第三个角度为90°(以直径为斜边的圆内切三角形对角为90°)。因此,∠b = 90°-180 °/ n。
∠c和∠b互补,因此∠c =∠ a = 180° / n。
∠c ∠d = 180°,因此∠d = 180°-∠c = 180°-180° / n。
三角形中的角度之和为180°,因此∠d ∠e ∠ e = 180°,∠e = 90°-∠d / 2 = 90 °/ n。
最后,∠b ∠e ∠ f = 90°,所以∠f = 90°-∠b-∠e = 90° / n。
由于∠f = ∠e,所以两个红色三角形角度相等:它们是“相似的三角形”。类似地,由于∠c = ∠a,所以两个蓝色三角形角度相等并且也相似。当两个三角形相似时,其边的比例相同。
关于边长计算如下。
利用蓝色三角形的相似点,我们可以推导出:
当然,红色三角形计算过程如下: