π 写不成分数:一串停不下来的除法
他没有直接算 π。他去除两个级数,发现商有规律、余数永不为零——而分数的辗转相除必须在有限步内停下来。
1767 年他在柏林科学院宣读的那篇东西,开头一句很坦白:要证明圆的直径与周长不成整数之比,这件事大概不会让几何学家们惊讶。真正值得看的是他接着说的那一句:凡是与半径可通约的弧,它的切线与半径必不可通约;反过来,凡是可通约的切线,都不属于一条可通约的弧。「这个说法看上去应当容许无穷多例外,而它一个例外也没有。」办法是欧几里得的辗转相除,只不过他用来除的不是两个整数,而是 sin v 与 cos v 那两条级数——这是关键的一步转身:对一对还不知道是不是有理数的量,照样可以做辗转相除。商一个接一个出来,而且有一条简单到不像话的规律:第 n 个商是 (2n−1) 除以 v。于是正切成了一条连分数。把弧取成有理数 Φ/ω,渐近分数的分母一层比一层大得离谱——v = 1 时是 1、2、9、61、540、5879、75887、1132426,比任何等比数列都快。可如果切线是个分数,这串除法必须在有限步内停住。停不住,就不是分数。tan(π/4) = 1 是有理数,所以 π/4 不是——π 也就不是。他没有就此打住:第 89 到 91 节里他区分了「无理」与「无理的根式」,断言圆与对数的超越量连代数方程的根都不是,并由此推出圆的周长「不容许任何几何作图」——化圆为方不可能。他写的是「这是我相信可以证明的定理」。那一步要等林德曼 1882 年才走完。
拨动那条有理的弧,看渐近分数的分母怎么甩开等比数列;v = 1 那一档上标着 1768 年印本错掉的两个数
他没有直接算 π,他算的是除法:拿欧几里得辗转相除的老办法去除 cos v 与 sin v, 商一个接一个地出来,而且有一条简单到不像话的规律——第 n 个商是 (2n−1)/v。 于是正切成了一条连分数,而分母一层比一层大得离谱:v = 1 时是 1、2、9、61、540、5879、75887、1132426, 比任何等比数列都快。可如果 tang 是个分数,这串除法必须在有限步内停下来。停不下来,就不是分数。 1768 年的印本在这里错了两处、漏了一处:288 页那一行写的是 …1/(5879·75587) + 1/(75587·1147426),而照他自己的递推 q = (2k−1)ω·q′ − Φ²·q″ 复算,13·5879 − 540 = 75887、15·75887 − 5879 = 1132426; 同一行里 1/(2·9) 那一项也漏掉了。上表里对不上的那两格标成了另一种颜色。
