有些人认为 Pi 是一个数字,它的无限长度包含所有可能的数字组合。其中包括但不限于您的电话号码、万事达卡的 PIN 以及任何尚未被发现的数值。但这种信念完全正确吗?让我们来了解一下。
介绍 :
Pi 是一个数学常数,定义为圆的周长与其直径的比率。 Pi 是一个无理数,这意味着它是非终止和非重复的。 Pi 的值是这样的 3.14159265359…。这个数字应该有一个无限长的十进制扩展,从不重复。
以前的证明:
为了测试断言的有效性,我们必须首先收集我们已经拥有的被证明的信息,然后找出这些信息是否可以用来进一步证明断言。
已经证明圆周率是无理数,所以它永不终止,永不重复。为了支持这一点,迄今为止最长的序列是由 Timothy Mullican 计算的 50 万亿位数字,使用计算机进行计算需要 303 天。
所以我们可以有把握地说“ Pi 将产生无限数量的数字(非终止),这些数字将是不同的(非重复)。 ” 但这句话足以证明这个断言吗?
切入正题,不。举个例子,看看这个数字2.718281828459045……这个数字是数学常数e,它是不终止的和不重复的,但尚未证明它包含以10为基数的所有数字组合。
因此,我们得出一个启示,即要使断言为真,还应满足另一个条件。
缺什么?
Pi 需要是非终止和非重复的,但在整个十进制扩展中每个数字出现的可能性也应该相等。简单地说,在所有数字 0、1、2、…、9 中,这 10 个数字中的每一个成为序列中下一个数字的概率应该是 10%。
在数学中,我们为这些类型的数字定义了一些术语。让我们讨论一些我们将在本文下一节中使用的术语。
- 析取数 –
析取数或析取序列是无限序列(在有限的字符字母表上),其中每个有限字符串作为子字符串(原始字符串的块)出现。
示例 – 如果我们采用有限的字母表/字符集(在本例中为 0 和 1),则 Champernowne 二进制数为0 1 00 01 10 11 000 001…。被称为析取数,因为您可以想到的有限块 0 和 1(子字符串)的任何组合都将作为这个无限长数的一部分出现
如果我们再给一个析取数添加一个属性,我们就会得到一个普通数。 - 正常数字 –
基数/基数b 的正常数包含所有可能的数组合,但每个组合出现的可能性与该长度的其他组合相同。
示例 –以 10 为基数的尚珀诺常数:1234567891011121314151617181920212223…。
结论——
正常数是我们希望 Pi 满足的最后一个条件。那么,Pi是正常数吗?不。让我们了解原因。
Pi 是一个无限长的数字,要证明所有数字在其十进制展开式中出现的可能性相等,由于其无限长,至少目前是不可能的。
您可能会说“我们已经计算了非常长的 Pi,并且我们已经观察到每个数字至少出现一次,这意味着每个数字都有出现的概率,无论多么小。因此,在无限长的 Pi 序列中,由于存在概率,每种可能的组合都有可能在某个点发生。 ”
为了回答这个问题,有统计证明表明 Pi 具有在很长的范围内正常的特性,即 22 万亿。但问题是我们再次受到 Pi 无限长的限制,是的,对于一个非常长的序列,每个数字都以相同的可能性出现,但我们不能肯定地说,对于更长的序列,所有 10 个数字都会不断弹出以相同的概率。如果在某个时候我们得到的只是 0 和 1,该怎么办?
下面是 Pi 中前 10,000,000 位数字的频率表 –
Digit | Frequency |
0 | 999440 |
1 | 999333 |
2 | 1000306 |
3 | 999965 |
4 | 1001093 |
5 | 1000466 |
6 | 999337 |
7 | 1000206 |
8 | 999814 |
9 | 1000040 |
圆周率是一个正常数尚未得到证实。数学家相信并假设 Pi 是正常的,但还没有人证明它,因此我们不能假设它是真的。澄清一件事,两者都没有被证明 是一个正常的数字,也没有被证明 不是一个正常的数字。因此,就目前而言,该断言是错误的,除非将来被证明并非如此。
因此,Pi 包含所有可能组合的属性取决于是否可以证明 Pi 是一个正常数。与 Pi 相似的是欧拉数和根 2,它们具有相同的奥秘。