证明π³>31!同学们非常错愕,第一反应是:这么显然,还要证?

贝笑爱数学 2024-06-22 08:50:39

老师在黑板上写下:证明π³>31!

图一

班上所有同学都非常错愕、无一例外!同学们的第一反应是:这么显然,还要证明?

一、近似值法:适合中小学生!

前提了解π的近似取值,介于3.1415926与3.1415927之间。

由π的近似取值,可知π>3.1415,从而π³>3.1415×3.1415×3.1415>31.003。

此方法严格来讲,并非证明只是近似计算。

二、面积法:适合中学生!

证明等价命题:π>³√31!

单位圆的面积π恒大于其内接正n边形的面积Sₙ,即π≥Sₙ=n/2sin(2π/n)。数列Sₙ单调递增,其极限为π。

故只需选取恰当的充分大的n,使得Sₙ>³√31即可。

在Sₙ=n/2sin(2π/n)的计算过程中,还要使用正弦、余弦的和差公式:

sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβ,

cos(α∓β)=cosαcosβ±sinαsinβ。

三、严格证明:与π有关的级数!

高等数学中常见的与π有关的级数:

1/1²+1/2²+1/3²+1/4²+1/5²…+1/n²+…=π²/6 。①

1/1⁴+1/2⁴+1/3⁴+1/4⁴+1/5⁴…+1/n⁴+…=π⁴/90 。②

1/1⁶+1/2⁶+1/3⁶+1/4⁶+1/5⁶…+1/n⁶+…=π⁶/945。③

级数③×(1-1/2⁶)即得

1/1⁶+1/3⁶+1/5⁶+1/7⁶+…+1/(2n+)⁶+…=(1-1/2⁶)×π⁶/945=π⁶/960,

从而π⁶>960×(1+1/3⁶)>961,也即有π³>31!

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