πを含む式の一覧

以下は数学定数πに関する重要な公式の一覧です。これらの公式の多くは、円周率(Pi)またはπの近似値(Period )の記事に記載されています。

ユークリッド幾何学

πCdC2r{\displaystyle \pi ={\frac {C}{d}}={\frac {C}{2r}}}

ここで、C円周d直径rは半径です。より一般的には

π=Lw{\displaystyle \pi ={\frac {L}{w}}}

ここで、Lwはそれぞれ一定幅の曲線の周囲長と幅です。

A=πr2{\displaystyle A=\pi r^{2}}

ここでAは円の面積である。より一般的には、

A=πab{\displaystyle A=\pi ab}

ここで、Aは半長軸aと半短軸bを持つ楕円で囲まれた領域です。

C=2πagm(a,b)(a12n=22n1(an2bn2)){\displaystyle C={\frac {2\pi }{\operatorname {agm} (a,b)}}\left(a_{1}^{2}-\sum _{n=2}^{\infty }2^{n-1}(a_{n}^{2}-b_{n}^{2})\right)}

ここで、Cは長軸aと短軸bを持つ楕円の円周であり、は の算術および幾何反復であり、初期値 および を使用したab算術幾何平均です。 an,bn{\displaystyle a_{n},b_{n}}agm(a,b){\displaystyle \operatorname {agm} (a,b)}a0=a{\displaystyle a_{0}=a}b0=b{\displaystyle b_{0}=b}

A=4πr2{\displaystyle A=4\pi r^{2}}

ここで、Aはアグネーシの魔女とその漸近線の間の面積、 rは定義円の半径です。

A=Γ(1/4)22πr2=πr2agm(1,1/2){\displaystyle A={\frac {\Gamma (1/4)^{2}}{2{\sqrt {\pi }}}}r^{2}={\frac {\pi r^{2}}{\operatorname {agm} (1,1/{\sqrt {2}})}}}

ここで、Aは短半径rのスクエアクルの面積、はガンマ関数です。 Γ{\displaystyle \Gamma }

A=(k+1)(k+2)πr2{\displaystyle A=(k+1)(k+2)\pi r^{2}}

ここで、Aは半径rの小さい円と半径kr ( )の大きい円を持つ外転サイクロイドの面積であり、初期点が大きい円上にあると仮定します。 kN{\displaystyle k\in \mathbb {N} }

A=(1)k+38πa2{\displaystyle A={\frac {(-1)^{k}+3}{8}}\pi a^{2}}

ここで、Aは角周波数k()と振幅aを持つバラの面積です。 kN{\displaystyle k\in \mathbb {N} }

L=Γ(1/4)2πc=2πcagm(1,1/2){\displaystyle L={\frac {\Gamma (1/4)^{2}}{\sqrt {\pi }}}c={\frac {2\pi c}{\operatorname {agm} (1,1/{\sqrt {2}})}}}

ここで、Lは焦点距離cのベルヌーイのレムニスケートの周囲長です。

V=43πr3{\displaystyle V={4 \over 3}\pi r^{3}}

ここで、Vは球の体積、rは半径です。

SA=4πr2{\displaystyle SA=4\pi r^{2}}

ここで、SAは球の表面積、rは半径です。

H=12π2r4{\displaystyle H={1 \over 2}\pi ^{2}r^{4}}

ここで、Hは3 次元球面の超体積、rは半径です。

SV=2π2r3{\displaystyle SV=2\pi ^{2}r^{3}}

ここで、SVは 3 次元球の表面積、rは半径です。

正凸多角形

n辺の正凸多角形の内角の和S :

S=(n2)π{\displaystyle S=(n-2)\pi }

n辺、辺の長さがsの正凸多角形の面積A

A=ns24cotπn{\displaystyle A={\frac {ns^{2}}{4}}\cot {\frac {\pi }{n}}}

n辺と辺の長さsを持つ正凸多角形の内接円の半径r :

r=s2cotπn{\displaystyle r={\frac {s}{2}}\cot {\frac {\pi }{n}}}

n辺、辺の長さがsの正凸多角形の円周半径R

R=s2cscπn{\displaystyle R={\frac {s}{2}}\csc {\frac {\pi }{n}}}

物理

  • 宇宙定数
    Λ=8πG3c2ρ{\displaystyle \Lambda ={{8\pi G} \over {3c^{2}}}\rho }
  • 振幅(は算術幾何平均) を持つ単振り子の正確な周期:θ0{\displaystyle \theta _{0}}agm{\displaystyle \operatorname {agm} }
    T=2πagm(1,cos(θ0/2))Lg{\displaystyle T={\frac {2\pi }{\operatorname {agm} (1,\cos(\theta _{0}/2))}}{\sqrt {\frac {L}{g}}}}
  • バネ定数と質量を持つバネ質量系の周期: k{\displaystyle k}m{\displaystyle m}
    T=2πmk{\displaystyle T=2\pi {\sqrt {\frac {m}{k}}}}
  • 座屈式:
    F=π2EIL2{\displaystyle F={\frac {\pi ^{2}EI}{L^{2}}}}

「ビリヤードのボールが衝突する」パズル:

bNπ{\displaystyle \lfloor {b^{N}\pi }\rfloor }

は、(理想的な条件、摩擦のない完全な弾性体の場合)最初は静止していた質量mの物体が、固定された壁と質量b 2 N mの別の物体との間に衝突し、他の物体に衝突された回数である。[ 1 ] (これは、基数bのπのN桁目 までの数字を示す。)

πを与える公式

積分

2111x2dx=π{\displaystyle 2\int _{-1}^{1}{\sqrt {1-x^{2}}}\,dx=\pi }(2つの半分を積分して単位円の面積を求める)y(x)=1x2{\displaystyle y(x)={\sqrt {1-x^{2}}}}
024x2dx=π{\displaystyle \int _{0}^{2}{\sqrt {4-x^{2}}}\,dx=\pi }(半径2の円の4分の1を積分して)x2+y2=4{\displaystyle x^{2}+y^{2}=4}4π/4{\displaystyle {4\pi }/4}
sechxdx=π{\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }\operatorname {sech} x\,dx=\pi }
te1/2t2x2+xtdxdt=tet21/2x2+xtdxdt=π{\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }\int _{t}^{\infty }e^{-1/2t^{2}-x^{2}+xt}\,dx\,dt=\int _{-\infty }^{\infty }\int _{t}^{\infty }e^{-t^{2}-1/2x^{2}+xt}\,dx\,dt=\pi }
11dx1x2=π{\displaystyle \int _{-1}^{1}{\frac {dx}{\sqrt {1-x^{2}}}}=\pi }
dx1+x2=π{\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }{\frac {dx}{1+x^{2}}}=\pi }[ 2 ] [注 2 ] (コーシー分布も参照)
sinxxdx=π{\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }{\frac {\sin x}{x}}\,dx=\pi }(ディリクレ積分を参照)
ex2dx=π{\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }e^{-x^{2}}\,dx={\sqrt {\pi }}}ガウス積分を参照)。
dzz=2πi{\displaystyle \oint {\frac {dz}{z}}=2\pi i}(積分の経路が 0 の周りを反時計回りに 1 回曲がる場合。コーシーの積分公式も参照)。
0ln(1+1x2)dx=π{\displaystyle \int _{0}^{\infty }\ln \left(1+{\frac {1}{x^{2}}}\right)\,dx=\pi }[ 3 ]
01x4(1x)41+x2dx=227π{\displaystyle \int _{0}^{1}{x^{4}(1-x)^{4} \over 1+x^{2}}\,dx={22 \over 7}-\pi }(22/7 がπ を超えることの証明も参照)。
01x2(1+x)41+x2dx=π1715{\displaystyle \int _{0}^{1}{x^{2}(1+x)^{4} \over 1+x^{2}}\,dx=\pi -{17 \over 15}}
0xα1x+1dx=πsinπα,0<α<1{\displaystyle \int _{0}^{\infty }{\frac {x^{\alpha -1}}{x+1}}\,dx={\frac {\pi }{\sin \pi \alpha }},\quad 0<\alpha <1}
0dxx(x+a)(x+b)=πagm(a,b){\displaystyle \int _{0}^{\infty }{\frac {dx}{\sqrt {x(x+a)(x+b)}}}={\frac {\pi }{\operatorname {agm} ({\sqrt {a}},{\sqrt {b}})}}}(ここでは算術幾何平均である。[ 4 ]楕円積分も参照)agm{\displaystyle \operatorname {agm} }

対称的な積分関数の場合、形式の式は式に変換することもできることに注意してください。 f(x)=f(x){\displaystyle f(-x)=f(x)}aaf(x)dx{\textstyle \int _{-a}^{a}f(x)\,dx}20af(x)dx{\textstyle 2\int _{0}^{a}f(x)\,dx}

効率的な無限級数

k=0k!(2k+1)!!=k=02kk!2(2k+1)!=π2{\displaystyle \sum _{k=0}^{\infty }{\frac {k!}{(2k+1)!!}}=\sum _{k=0}^{\infty }{\frac {2^{k}k!^{2}}{(2k+1)!}}={\frac {\pi }{2}}}(二重階乗も参照)
k=0k!2k(2k+1)!!=2π33{\displaystyle \sum _{k=0}^{\infty }{\frac {k!}{2^{k}(2k+1)!!}}={\frac {2\pi }{3{\sqrt {3}}}}}
k=0k!(2k)!(25k3)(3k)!2k=π2{\displaystyle \sum _{k=0}^{\infty }{\frac {k!\,(2k)!\,(25k-3)}{(3k)!\,2^{k}}}={\frac {\pi }{2}}}
k=0(1)k(6k)!(13591409+545140134k)(3k)!(k!)36403203k=427093440010005π{\displaystyle \sum _{k=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{k}(6k)!(13591409+545140134k)}{(3k)!(k!)^{3}640320^{3k}}}={\frac {4270934400}{{\sqrt {10005}}\pi }}}チュドノフスキーアルゴリズムを参照)
k=0(4k)!(1103+26390k)(k!)43964k=980122π{\displaystyle \sum _{k=0}^{\infty }{\frac {(4k)!(1103+26390k)}{(k!)^{4}396^{4k}}}={\frac {9801}{2{\sqrt {2}}\pi }}}シュリニヴァーサ・ラマヌジャンラマヌジャン・佐藤シリーズを参照)

以下はπの任意の 2 進数を計算するのに効率的です。

k=0(1)k4k(24k+1+24k+2+14k+3)=π{\displaystyle \sum _{k=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{k}}{4^{k}}}\left({\frac {2}{4k+1}}+{\frac {2}{4k+2}}+{\frac {1}{4k+3}}\right)=\pi }[ 5 ]
k=0116k(48k+128k+418k+518k+6)=π{\displaystyle \sum _{k=0}^{\infty }{\frac {1}{16^{k}}}\left({\frac {4}{8k+1}}-{\frac {2}{8k+4}}-{\frac {1}{8k+5}}-{\frac {1}{8k+6}}\right)=\pi }ベイリー・ボーウェイン・プルーフの式を参照)
k=0116k(88k+2+48k+3+48k+418k+7)=2π{\displaystyle \sum _{k=0}^{\infty }{\frac {1}{16^{k}}}\left({\frac {8}{8k+2}}+{\frac {4}{8k+3}}+{\frac {4}{8k+4}}-{\frac {1}{8k+7}}\right)=2\pi }
k=0(1)k210k(254k+114k+3+2810k+12610k+32210k+52210k+7+110k+9)=26π{\displaystyle \sum _{k=0}^{\infty }{\frac {{(-1)}^{k}}{2^{10k}}}\left(-{\frac {2^{5}}{4k+1}}-{\frac {1}{4k+3}}+{\frac {2^{8}}{10k+1}}-{\frac {2^{6}}{10k+3}}-{\frac {2^{2}}{10k+5}}-{\frac {2^{2}}{10k+7}}+{\frac {1}{10k+9}}\right)=2^{6}\pi }

πの任意の小数桁を計算するためのプルーフ級数:[ 6 ]

k=1k2kk!2(2k)!=π+3{\displaystyle \sum _{k=1}^{\infty }k{\frac {2^{k}k!^{2}}{(2k)!}}=\pi +3}

その他の無限級数

ζ(2)=112+122+132+142+=π26{\displaystyle \zeta (2)={\frac {1}{1^{2}}}+{\frac {1}{2^{2}}}+{\frac {1}{3^{2}}}+{\frac {1}{4^{2}}}+\cdots ={\frac {\pi ^{2}}{6}}}(バーゼル問題リーマンゼータ関数も参照)
ζ(4)=114+124+134+144+=π490{\displaystyle \zeta (4)={\frac {1}{1^{4}}}+{\frac {1}{2^{4}}}+{\frac {1}{3^{4}}}+{\frac {1}{4^{4}}}+\cdots ={\frac {\pi ^{4}}{90}}}
ζ(2n)=k=11k2n=112n+122n+132n+142n+=(1)n+1B2n(2π)2n2(2n)!{\displaystyle \zeta (2n)=\sum _{k=1}^{\infty }{\frac {1}{k^{2n}}}\,={\frac {1}{1^{2n}}}+{\frac {1}{2^{2n}}}+{\frac {1}{3^{2n}}}+{\frac {1}{4^{2n}}}+\cdots =(-1)^{n+1}{\frac {B_{2n}(2\pi )^{2n}}{2(2n)!}}}ここで、B 2 nはベルヌーイ数です。
n=13n14nζ(n+1)=π{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {3^{n}-1}{4^{n}}}\,\zeta (n+1)=\pi }[ 7 ]
n=17n18nζ(n+1)=(1+2)π{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {7^{n}-1}{8^{n}}}\,\zeta (n+1)=(1+{\sqrt {2}})\pi }
n=22(3/2)n3n(ζ(n)1)=lnπ{\displaystyle \sum _{n=2}^{\infty }{\frac {2(3/2)^{n}-3}{n}}(\zeta (n)-1)=\ln \pi }
n=1ζ(2n)x2nn=lnπxsinπx,0<|x|<1{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }\zeta (2n){\frac {x^{2n}}{n}}=\ln {\frac {\pi x}{\sin \pi x}},\quad 0<|x|<1}
n=0(1)n2n+1=113+1517+19=arctan1=π4{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{2n+1}}=1-{\frac {1}{3}}+{\frac {1}{5}}-{\frac {1}{7}}+{\frac {1}{9}}-\cdots =\arctan {1}={\frac {\pi }{4}}}円周率のライプニッツの公式を参照)
n=0(13n+113n+2)=112+1415+=π33{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {1}{3n+1}}-{\frac {1}{3n+2}}\right)=1-{\frac {1}{2}}+{\frac {1}{4}}-{\frac {1}{5}}+\cdots ={\frac {\pi }{3{\sqrt {3}}}}}
n=0(1)(n2n)/22n+1=1+131517+19+111=π22{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{(n^{2}-n)/2}}{2n+1}}=1+{\frac {1}{3}}-{\frac {1}{5}}-{\frac {1}{7}}+{\frac {1}{9}}+{\frac {1}{11}}-\cdots ={\frac {\pi }{2{\sqrt {2}}}}}ニュートンオルデンバーグへの第二の手紙、1676年)[ 8 ]
n=0(1)n3n(2n+1)=11313+13251337+1349=3arctan13=π23{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{3^{n}(2n+1)}}=1-{\frac {1}{3^{1}\cdot 3}}+{\frac {1}{3^{2}\cdot 5}}-{\frac {1}{3^{3}\cdot 7}}+{\frac {1}{3^{4}\cdot 9}}-\cdots ={\sqrt {3}}\arctan {\frac {1}{\sqrt {3}}}={\frac {\pi }{2{\sqrt {3}}}}}マダヴァシリーズ
n=1(1)n+1n2=112122+132142+=π212{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{n+1}}{n^{2}}}={\frac {1}{1^{2}}}-{\frac {1}{2^{2}}}+{\frac {1}{3^{2}}}-{\frac {1}{4^{2}}}+\cdots ={\frac {\pi ^{2}}{12}}}
n=11(2n)2=122+142+162+182+=π224{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(2n)^{2}}}={\frac {1}{2^{2}}}+{\frac {1}{4^{2}}}+{\frac {1}{6^{2}}}+{\frac {1}{8^{2}}}+\cdots ={\frac {\pi ^{2}}{24}}}
n=0(12n+1)2=112+132+152+172+=π28{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {1}{2n+1}}\right)^{2}={\frac {1}{1^{2}}}+{\frac {1}{3^{2}}}+{\frac {1}{5^{2}}}+{\frac {1}{7^{2}}}+\cdots ={\frac {\pi ^{2}}{8}}}
n=0((1)n2n+1)3=113133+153173+=π332{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {(-1)^{n}}{2n+1}}\right)^{3}={\frac {1}{1^{3}}}-{\frac {1}{3^{3}}}+{\frac {1}{5^{3}}}-{\frac {1}{7^{3}}}+\cdots ={\frac {\pi ^{3}}{32}}}
n=0(12n+1)4=114+134+154+174+=π496{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {1}{2n+1}}\right)^{4}={\frac {1}{1^{4}}}+{\frac {1}{3^{4}}}+{\frac {1}{5^{4}}}+{\frac {1}{7^{4}}}+\cdots ={\frac {\pi ^{4}}{96}}}
n=0((1)n2n+1)5=115135+155175+=5π51536{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {(-1)^{n}}{2n+1}}\right)^{5}={\frac {1}{1^{5}}}-{\frac {1}{3^{5}}}+{\frac {1}{5^{5}}}-{\frac {1}{7^{5}}}+\cdots ={\frac {5\pi ^{5}}{1536}}}
n=0(12n+1)6=116+136+156+176+=π6960{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {1}{2n+1}}\right)^{6}={\frac {1}{1^{6}}}+{\frac {1}{3^{6}}}+{\frac {1}{5^{6}}}+{\frac {1}{7^{6}}}+\cdots ={\frac {\pi ^{6}}{960}}}

一般的に、

n=0(1)n(2n+1)2k+1=(1)kE2k2(2k)!(π2)2k+1,kN0{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{(2n+1)^{2k+1}}}=(-1)^{k}{\frac {E_{2k}}{2(2k)!}}\left({\frac {\pi }{2}}\right)^{2k+1},\quad k\in \mathbb {N} _{0}}

ここではオイラーである。[ 9 ]E2k{\displaystyle E_{2k}}2k{\displaystyle 2k}

n=0(12n)(1)n2n+1=116140=π4{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }{\binom {\frac {1}{2}}{n}}{\frac {(-1)^{n}}{2n+1}}=1-{\frac {1}{6}}-{\frac {1}{40}}-\cdots ={\frac {\pi }{4}}}
n=01(4n+1)(4n+3)=113+157+1911+=π8{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }{\frac {1}{(4n+1)(4n+3)}}={\frac {1}{1\cdot 3}}+{\frac {1}{5\cdot 7}}+{\frac {1}{9\cdot 11}}+\cdots ={\frac {\pi }{8}}}
n=1(1)(n2+n)/2+1|G((1)n+1+6n3)/4|=|G1|+|G2||G4||G5|+|G7|+|G8||G10||G11|+=3π{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }(-1)^{(n^{2}+n)/2+1}\left|G_{\left((-1)^{n+1}+6n-3\right)/4}\right|=|G_{1}|+|G_{2}|-|G_{4}|-|G_{5}|+|G_{7}|+|G_{8}|-|G_{10}|-|G_{11}|+\cdots ={\frac {\sqrt {3}}{\pi }}}グレゴリー係数を参照)
n=0(1/2)n22nn!2n=0n(1/2)n22nn!2=1π{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(1/2)_{n}^{2}}{2^{n}n!^{2}}}\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {n(1/2)_{n}^{2}}{2^{n}n!^{2}}}={\frac {1}{\pi }}}(ここでは上昇階乗[ 10 ](x)n{\displaystyle (x)_{n}}
n=1(1)n+1n(n+1)(2n+1)=π3{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{n+1}}{n(n+1)(2n+1)}}=\pi -3}ニラカンタシリーズ)
n=1F2nn2(2nn)=4π2255{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {F_{2n}}{n^{2}{\binom {2n}{n}}}}={\frac {4\pi ^{2}}{25{\sqrt {5}}}}}(ここで番目のフィボナッチ数F2n{\displaystyle F_{2n}}2n{\displaystyle 2n}
n=1L2nn2(2nn)=π25{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {L_{2n}}{n^{2}{\binom {2n}{n}}}}={\frac {\pi ^{2}}{5}}}(ここで番目のルーカス数Ln{\displaystyle L_{n}}n{\displaystyle n}
n=1σ(n)e2πn=12418π{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }\sigma (n)e^{-2\pi n}={\frac {1}{24}}-{\frac {1}{8\pi }}}(ここでは約数の和の関数σ{\displaystyle \sigma }
π=n=1(1)ε(n)n=1+12+13+1415+16+17+18+19110+111+112113+{\displaystyle \pi =\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{\varepsilon (n)}}{n}}=1+{\frac {1}{2}}+{\frac {1}{3}}+{\frac {1}{4}}-{\frac {1}{5}}+{\frac {1}{6}}+{\frac {1}{7}}+{\frac {1}{8}}+{\frac {1}{9}}-{\frac {1}{10}}+{\frac {1}{11}}+{\frac {1}{12}}-{\frac {1}{13}}+\cdots }   (ここで はの形の素因数の数である)[ 11 ] [ 12 ]ε(n){\displaystyle \varepsilon (n)}p1(mod4){\displaystyle p\equiv 1\,(\mathrm {mod} \,4)}n{\displaystyle n}
π2=n=1(1)ε(n)n=1+1213+14+151617+18+19+{\displaystyle {\frac {\pi }{2}}=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{\varepsilon (n)}}{n}}=1+{\frac {1}{2}}-{\frac {1}{3}}+{\frac {1}{4}}+{\frac {1}{5}}-{\frac {1}{6}}-{\frac {1}{7}}+{\frac {1}{8}}+{\frac {1}{9}}+\cdots }   (ここで はの形の素因数の数である)[ 13 ]ε(n){\displaystyle \varepsilon (n)}p3(mod4){\displaystyle p\equiv 3\,(\mathrm {mod} \,4)}n{\displaystyle n}
π=n=(1)nn+1/2{\displaystyle \pi =\sum _{n=-\infty }^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{n+1/2}}}
π2=n=1(n+1/2)2{\displaystyle \pi ^{2}=\sum _{n=-\infty }^{\infty }{\frac {1}{(n+1/2)^{2}}}}[ 14 ]

最後の2つの式は、

πsinπx=n=(1)nn+x(πsinπx)2=n=1(n+x)2{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\pi }{\sin \pi x}}&=\sum _{n=-\infty }^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{n+x}}\\\left({\frac {\pi }{\sin \pi x}}\right)^{2}&=\sum _{n=-\infty }^{\infty }{\frac {1}{(n+x)^{2}}}\end{aligned}}}

無限に多くの類似した式を生成する。π{\displaystyle \pi }xQZ.{\displaystyle x\in \mathbb {Q} \setminus \mathbb {Z} .}

π=n=16n2{\displaystyle \pi ={\sqrt {\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {6}{n^{2}}}}}}(バーゼル問題に対するオイラーの解から導出される)

πと調和数に関するいくつかの公式をここに示します。πを含むその他の無限級数は以下のとおりです。[ 15 ]

π=1Z{\displaystyle \pi ={\frac {1}{Z}}}Z=n=0((2n)!)3(42n+5)(n!)6163n+1{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {((2n)!)^{3}(42n+5)}{(n!)^{6}{16}^{3n+1}}}}
π=4Z{\displaystyle \pi ={\frac {4}{Z}}}Z=n=0(1)n(4n)!(21460n+1123)(n!)44412n+1210n+1{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}(4n)!(21460n+1123)}{(n!)^{4}{441}^{2n+1}{2}^{10n+1}}}}
π=4Z{\displaystyle \pi ={\frac {4}{Z}}}Z=n=0(6n+1)(12)n34n(n!)3{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(6n+1)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}^{3}}{{4^{n}}(n!)^{3}}}}
π=32Z{\displaystyle \pi ={\frac {32}{Z}}}Z=n=0(512)8n(42n5+30n+551)(12)n364n(n!)3{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {{\sqrt {5}}-1}{2}}\right)^{8n}{\frac {(42n{\sqrt {5}}+30n+5{\sqrt {5}}-1)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}^{3}}{{64^{n}}(n!)^{3}}}}
π=274Z{\displaystyle \pi ={\frac {27}{4Z}}}Z=n=0(227)n(15n+2)(12)n(13)n(23)n(n!)3{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {2}{27}}\right)^{n}{\frac {(15n+2)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{3}}\right)_{n}\left({\frac {2}{3}}\right)_{n}}{(n!)^{3}}}}
π=1532Z{\displaystyle \pi ={\frac {15{\sqrt {3}}}{2Z}}}Z=n=0(4125)n(33n+4)(12)n(13)n(23)n(n!)3{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {4}{125}}\right)^{n}{\frac {(33n+4)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{3}}\right)_{n}\left({\frac {2}{3}}\right)_{n}}{(n!)^{3}}}}
π=8585183Z{\displaystyle \pi ={\frac {85{\sqrt {85}}}{18{\sqrt {3}}Z}}}Z=n=0(485)n(133n+8)(12)n(16)n(56)n(n!)3{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {4}{85}}\right)^{n}{\frac {(133n+8)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{6}}\right)_{n}\left({\frac {5}{6}}\right)_{n}}{(n!)^{3}}}}
π=5523Z{\displaystyle \pi ={\frac {5{\sqrt {5}}}{2{\sqrt {3}}Z}}}Z=n=0(4125)n(11n+1)(12)n(16)n(56)n(n!)3{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }\left({\frac {4}{125}}\right)^{n}{\frac {(11n+1)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{6}}\right)_{n}\left({\frac {5}{6}}\right)_{n}}{(n!)^{3}}}}
π=23Z{\displaystyle \pi ={\frac {2{\sqrt {3}}}{Z}}}Z=n=0(8n+1)(12)n(14)n(34)n(n!)39n{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(8n+1)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{4}}\right)_{n}\left({\frac {3}{4}}\right)_{n}}{(n!)^{3}{9}^{n}}}}
π=39Z{\displaystyle \pi ={\frac {\sqrt {3}}{9Z}}}Z=n=0(40n+3)(12)n(14)n(34)n(n!)3492n+1{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(40n+3)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{4}}\right)_{n}\left({\frac {3}{4}}\right)_{n}}{(n!)^{3}{49}^{2n+1}}}}
π=21111Z{\displaystyle \pi ={\frac {2{\sqrt {11}}}{11Z}}}Z=n=0(280n+19)(12)n(14)n(34)n(n!)3992n+1{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(280n+19)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{4}}\right)_{n}\left({\frac {3}{4}}\right)_{n}}{(n!)^{3}{99}^{2n+1}}}}
π=24Z{\displaystyle \pi ={\frac {\sqrt {2}}{4Z}}}Z=n=0(10n+1)(12)n(14)n(34)n(n!)392n+1{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(10n+1)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{4}}\right)_{n}\left({\frac {3}{4}}\right)_{n}}{(n!)^{3}{9}^{2n+1}}}}
π=455Z{\displaystyle \pi ={\frac {4{\sqrt {5}}}{5Z}}}Z=n=0(644n+41)(12)n(14)n(34)n(n!)35n722n+1{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(644n+41)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{4}}\right)_{n}\left({\frac {3}{4}}\right)_{n}}{(n!)^{3}5^{n}{72}^{2n+1}}}}
π=433Z{\displaystyle \pi ={\frac {4{\sqrt {3}}}{3Z}}}Z=n=0(1)n(28n+3)(12)n(14)n(34)n(n!)33n4n+1{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}(28n+3)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{4}}\right)_{n}\left({\frac {3}{4}}\right)_{n}}{(n!)^{3}{3^{n}}{4}^{n+1}}}}
π=4Z{\displaystyle \pi ={\frac {4}{Z}}}Z=n=0(1)n(20n+3)(12)n(14)n(34)n(n!)322n+1{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}(20n+3)\left({\frac {1}{2}}\right)_{n}\left({\frac {1}{4}}\right)_{n}\left({\frac {3}{4}}\right)_{n}}{(n!)^{3}{2}^{2n+1}}}}
π=72Z{\displaystyle \pi ={\frac {72}{Z}}}Z=n=0(1)n(4n)!(260n+23)(n!)444n182n{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}(4n)!(260n+23)}{(n!)^{4}4^{4n}18^{2n}}}}
π=3528Z{\displaystyle \pi ={\frac {3528}{Z}}}Z=n=0(1)n(4n)!(21460n+1123)(n!)444n8822n{\displaystyle Z=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}(4n)!(21460n+1123)}{(n!)^{4}4^{4n}882^{2n}}}}

ここで、 は上昇階乗を表すポッホハマー記号です。ラマヌジャン・佐藤級数も参照してください。 (x)n{\displaystyle (x)_{n}}

マシンのような数式

π4=arctan1{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=\arctan 1}
π4=arctan12+arctan13{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=\arctan {\frac {1}{2}}+\arctan {\frac {1}{3}}}
π4=2arctan12arctan17{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=2\arctan {\frac {1}{2}}-\arctan {\frac {1}{7}}}
π4=2arctan13+arctan17{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=2\arctan {\frac {1}{3}}+\arctan {\frac {1}{7}}}
π4=4arctan15arctan1239{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=4\arctan {\frac {1}{5}}-\arctan {\frac {1}{239}}}(オリジナルのマシンの式)
π4=5arctan17+2arctan379{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=5\arctan {\frac {1}{7}}+2\arctan {\frac {3}{79}}}
π4=6arctan18+2arctan157+arctan1239{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=6\arctan {\frac {1}{8}}+2\arctan {\frac {1}{57}}+\arctan {\frac {1}{239}}}
π4=12arctan149+32arctan1575arctan1239+12arctan1110443{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=12\arctan {\frac {1}{49}}+32\arctan {\frac {1}{57}}-5\arctan {\frac {1}{239}}+12\arctan {\frac {1}{110443}}}
π4=44arctan157+7arctan123912arctan1682+24arctan112943{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=44\arctan {\frac {1}{57}}+7\arctan {\frac {1}{239}}-12\arctan {\frac {1}{682}}+24\arctan {\frac {1}{12943}}}

無限の製品

π4=(p1(mod4)pp1)(p3(mod4)pp+1)=34547811121312,{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=\left(\prod _{p\equiv 1{\pmod {4}}}{\frac {p}{p-1}}\right)\cdot \left(\prod _{p\equiv 3{\pmod {4}}}{\frac {p}{p+1}}\right)={\frac {3}{4}}\cdot {\frac {5}{4}}\cdot {\frac {7}{8}}\cdot {\frac {11}{12}}\cdot {\frac {13}{12}}\cdots ,}(オイラー)

ここで、分子は奇数の素数であり、各分母は分子に最も近い 4 の倍数です。

3π6=(p1(mod6)pPpp1)(p5(mod6)pPpp+1)=5676111213121718{\displaystyle {\frac {{\sqrt {3}}\pi }{6}}=\left(\displaystyle \prod _{p\equiv 1{\pmod {6}} \atop p\in \mathbb {P} }{\frac {p}{p-1}}\right)\cdot \left(\displaystyle \prod _{p\equiv 5{\pmod {6}} \atop p\in \mathbb {P} }{\frac {p}{p+1}}\right)={\frac {5}{6}}\cdot {\frac {7}{6}}\cdot {\frac {11}{12}}\cdot {\frac {13}{12}}\cdot {\frac {17}{18}}\cdots }
2π225=(p1(mod5)pPp2(p1)2)(p2,3(mod5)pPp2p2+1)(p4(mod5)pPp2(p+1)2)=459104950121100169170{\displaystyle {\frac {2\pi ^{2}}{25}}=\left(\displaystyle \prod _{p\equiv 1{\pmod {5}} \atop p\in \mathbb {P} }{\frac {p^{2}}{(p-1)^{2}}}\right)\left(\displaystyle \prod _{p\equiv 2,3{\pmod {5}} \atop p\in \mathbb {P} }{\frac {p^{2}}{p^{2}+1}}\right)\left(\displaystyle \prod _{p\equiv 4{\pmod {5}} \atop p\in \mathbb {P} }{\frac {p^{2}}{(p+1)^{2}}}\right)={\frac {4}{5}}\cdot {\frac {9}{10}}\cdot {\frac {49}{50}}\cdot {\frac {121}{100}}\cdot {\frac {169}{170}}\cdots }
π2=n=1(2n)(2n)(2n1)(2n+1)=2123434565678789{\displaystyle {\frac {\pi }{2}}=\prod _{n=1}^{\infty }{\frac {(2n)(2n)}{(2n-1)(2n+1)}}={\frac {2}{1}}\cdot {\frac {2}{3}}\cdot {\frac {4}{3}}\cdot {\frac {4}{5}}\cdot {\frac {6}{5}}\cdot {\frac {6}{7}}\cdot {\frac {8}{7}}\cdot {\frac {8}{9}}\cdots }ウォリス積も参照)
π2=n=1(1+1n)(1)n+1=(1+11)+1(1+12)1(1+13)+1{\displaystyle {\frac {\pi }{2}}=\prod _{n=1}^{\infty }\left(1+{\frac {1}{n}}\right)^{(-1)^{n+1}}=\left(1+{\frac {1}{1}}\right)^{+1}\left(1+{\frac {1}{2}}\right)^{-1}\left(1+{\frac {1}{3}}\right)^{+1}\cdots }(ウォリス積の別の形式)

ヴィエトの式

2π=222+222+2+22{\displaystyle {\frac {2}{\pi }}={\frac {\sqrt {2}}{2}}\cdot {\frac {\sqrt {2+{\sqrt {2}}}}{2}}\cdot {\frac {\sqrt {2+{\sqrt {2+{\sqrt {2}}}}}}{2}}\cdot \cdots }

Thue-Morse 列を含む二重無限積の公式:

π2=m1n1((4m2+n2)(4m2+2n1)24(2m2+n1)(4m2+n1)(2m2+n))ϵn,{\displaystyle {\frac {\pi }{2}}=\prod _{m\geq 1}\prod _{n\geq 1}\left({\frac {(4m^{2}+n-2)(4m^{2}+2n-1)^{2}}{4(2m^{2}+n-1)(4m^{2}+n-1)(2m^{2}+n)}}\right)^{\epsilon _{n}},}

ここで、およびはThue-Morse列(Tóth 2020)である。 ϵn=(1)tn{\displaystyle \epsilon _{n}=(-1)^{t_{n}}}tn{\displaystyle t_{n}}

逆正接の公式

π2k+1=arctan2ak1ak,k2{\displaystyle {\frac {\pi }{2^{k+1}}}=\arctan {\frac {\sqrt {2-a_{k-1}}}{a_{k}}},\qquad \qquad k\geq 2}
π4=k2arctan2ak1ak,{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=\sum _{k\geq 2}\arctan {\frac {\sqrt {2-a_{k-1}}}{a_{k}}},}

ここで、 となる。 ak=2+ak1{\displaystyle a_{k}={\sqrt {2+a_{k-1}}}}a1=2{\displaystyle a_{1}={\sqrt {2}}}

π2=k=0arctan1F2k+1=arctan11+arctan12+arctan15+arctan113+{\displaystyle {\frac {\pi }{2}}=\sum _{k=0}^{\infty }\arctan {\frac {1}{F_{2k+1}}}=\arctan {\frac {1}{1}}+\arctan {\frac {1}{2}}+\arctan {\frac {1}{5}}+\arctan {\frac {1}{13}}+\cdots }

ここで、 番目のフィボナッチ数です。 Fk{\displaystyle F_{k}}k{\displaystyle k}

π4=arctanab+c+arctanba+c,{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=\arctan {\frac {a}{b+c}}+\arctan {\frac {b}{a+c}},}

ピタゴラスの三つ組(a,b,c) の場合。

π=arctana+arctanb+arctanc{\displaystyle \pi =\arctan a+\arctan b+\arctan c}

、、が正の実数であるときはいつでも(三角関数の恒等式の一覧を参照)。特別な場合として、 a+b+c=abc{\displaystyle a+b+c=abc}a{\displaystyle a}b{\displaystyle b}c{\displaystyle c}

π=arctan1+arctan2+arctan3.{\displaystyle \pi =\arctan 1+\arctan 2+\arctan 3.}

複雑な関数

eiπ+1=0{\displaystyle e^{i\pi }+1=0}オイラーの恒等式

任意の複素数 に対して、次の同値性が成り立ちます。 z{\displaystyle z}

ezRzπZ{\displaystyle e^{z}\in \mathbb {R} \leftrightarrow \Im z\in \pi \mathbb {Z} }
ez=1z2πiZ{\displaystyle e^{z}=1\leftrightarrow z\in 2\pi i\mathbb {Z} }[ 16 ]

また

1ez1=limNn=NN1z2πin12,zC.{\displaystyle {\frac {1}{e^{z}-1}}=\lim _{N\to \infty }\sum _{n=-N}^{N}{\frac {1}{z-2\pi in}}-{\frac {1}{2}},\quad z\in \mathbb {C} .}

格子が2つの周期によって生成されると仮定する。この格子の擬周期をおよびで定義する。ここではワイエルシュトラスのゼータ関数である(は実際には に依存しない)。すると、周期と擬周期はルジャンドル恒等式によって関連付けられる。 Ω{\displaystyle \Omega }ω1,ω2{\displaystyle \omega _{1},\omega _{2}}η1=ζ(z+ω1;Ω)ζ(z;Ω){\displaystyle \eta _{1}=\zeta (z+\omega _{1};\Omega )-\zeta (z;\Omega )}η2=ζ(z+ω2;Ω)ζ(z;Ω){\displaystyle \eta _{2}=\zeta (z+\omega _{2};\Omega )-\zeta (z;\Omega )}ζ{\displaystyle \zeta }η1{\displaystyle \eta _{1}}η2{\displaystyle \eta _{2}}z{\displaystyle z}

η1ω2η2ω1=2πi.{\displaystyle \eta _{1}\omega _{2}-\eta _{2}\omega _{1}=2\pi i.}
4π=1+122+322+522+722+{\displaystyle {\frac {4}{\pi }}=1+{\cfrac {1^{2}}{2+{\cfrac {3^{2}}{2+{\cfrac {5^{2}}{2+{\cfrac {7^{2}}{2+\ddots }}}}}}}}}[ 17 ]
ϖ2π=2+124+324+524+724+{\displaystyle {\frac {\varpi ^{2}}{\pi }}={2+{\cfrac {1^{2}}{4+{\cfrac {3^{2}}{4+{\cfrac {5^{2}}{4+{\cfrac {7^{2}}{4+\ddots \,}}}}}}}}}\quad }(ラマヌジャンレムニスケート定数です) [ 18 ]ϖ{\displaystyle \varpi }
π=3+126+326+526+726+{\displaystyle \pi ={3+{\cfrac {1^{2}}{6+{\cfrac {3^{2}}{6+{\cfrac {5^{2}}{6+{\cfrac {7^{2}}{6+\ddots \,}}}}}}}}}}[ 17 ]
π=41+123+225+327+429+{\displaystyle \pi ={\cfrac {4}{1+{\cfrac {1^{2}}{3+{\cfrac {2^{2}}{5+{\cfrac {3^{2}}{7+{\cfrac {4^{2}}{9+\ddots }}}}}}}}}}}
2π=6+2212+6212+10212+14212+18212+{\displaystyle 2\pi ={6+{\cfrac {2^{2}}{12+{\cfrac {6^{2}}{12+{\cfrac {10^{2}}{12+{\cfrac {14^{2}}{12+{\cfrac {18^{2}}{12+\ddots }}}}}}}}}}}}
π=421+1111+2121+313{\displaystyle \pi =4-{\cfrac {2}{1+{\cfrac {1}{1-{\cfrac {1}{1+{\cfrac {2}{1-{\cfrac {2}{1+{\cfrac {3}{1-{\cfrac {3}{\ddots }}}}}}}}}}}}}}}

4 番目の恒等式の詳細については、オイラーの連分数公式を参照してください。

反復アルゴリズム

a0=1,an+1=(1+12n+1)an,π=limnan2n{\displaystyle a_{0}=1,\,a_{n+1}=\left(1+{\frac {1}{2n+1}}\right)a_{n},\,\pi =\lim _{n\to \infty }{\frac {a_{n}^{2}}{n}}}
a1=0,an+1=2+an,π=limn2n2an{\displaystyle a_{1}=0,\,a_{n+1}={\sqrt {2+a_{n}}},\,\pi =\lim _{n\to \infty }2^{n}{\sqrt {2-a_{n}}}}(ヴィエトの公式と密接に関連している)
ω(in,in1,,i1)=2+in2+in12++i12=ω(bn,bn1,,b1),ik{1,1},bk={0if ik=11if ik=1,π=limn2n+12h+1ω(100nmgm,h+1){\displaystyle \omega (i_{n},i_{n-1},\dots ,i_{1})=2+i_{n}{\sqrt {2+i_{n-1}{\sqrt {2+\cdots +i_{1}{\sqrt {2}}}}}}=\omega (b_{n},b_{n-1},\dots ,b_{1}),\,i_{k}\in \{-1,1\},\,b_{k}={\begin{cases}0&{\text{if }}i_{k}=1\\1&{\text{if }}i_{k}=-1\end{cases}},\,\pi ={\displaystyle \lim _{n\rightarrow \infty }{\frac {2^{n+1}}{2h+1}}{\sqrt {\omega \left(\underbrace {10\ldots 0} _{n-m}g_{m,h+1}\right)}}}}(ここで、はmビットグレイコードのh+1番目のエントリである)[ 19 ]gm,h+1{\displaystyle g_{m,h+1}}h{0,1,,2m1}{\displaystyle h\in \left\{0,1,\ldots ,2^{m}-1\right\}}
kN,a1=2k,an+1=an+2k(1tan(2k1an)),π=2k+1limnan{\displaystyle \forall k\in \mathbb {N} ,\,a_{1}=2^{-k},\,a_{n+1}=a_{n}+2^{-k}(1-\tan(2^{k-1}a_{n})),\,\pi =2^{k+1}\lim _{n\to \infty }a_{n}}(二次収束)[ 20 ]
a1=1,an+1=an+sinan,π=limnan{\displaystyle a_{1}=1,\,a_{n+1}=a_{n}+\sin a_{n},\,\pi =\lim _{n\to \infty }a_{n}}(三次収束)[ 21 ]
a0=23,b0=3,an+1=hm(an,bn),bn+1=gm(an+1,bn),π=limnan=limnbn{\displaystyle a_{0}=2{\sqrt {3}},\,b_{0}=3,\,a_{n+1}=\operatorname {hm} (a_{n},b_{n}),\,b_{n+1}=\operatorname {gm} (a_{n+1},b_{n}),\,\pi =\lim _{n\to \infty }a_{n}=\lim _{n\to \infty }b_{n}}アルキメデスのアルゴリズム、調和平均幾何平均も参照)[ 22 ]

その他の反復アルゴリズムについては、ガウス・ルジャンドル アルゴリズムボルワイン アルゴリズムを参照してください。

漸近解析

(2nn)4nπn{\displaystyle {\binom {2n}{n}}\sim {\frac {4^{n}}{\sqrt {\pi n}}}}(中心二項係数の漸近的成長率)
Cn4nπn3{\displaystyle C_{n}\sim {\frac {4^{n}}{\sqrt {\pi n^{3}}}}}(カタラン数の漸近的成長率)
n!2πn(ne)n{\displaystyle n!\sim {\sqrt {2\pi n}}\left({\frac {n}{e}}\right)^{n}}スターリング近似
logn!(n+12)lognn+log2π2{\displaystyle \log n!\simeq \left(n+{\frac {1}{2}}\right)\log n-n+{\frac {\log 2\pi }{2}}}
k=1nφ(k)3n2π2{\displaystyle \sum _{k=1}^{n}\varphi (k)\sim {\frac {3n^{2}}{\pi ^{2}}}}オイラーのトーティエント関数は)φ{\displaystyle \varphi }
k=1nφ(k)k6nπ2{\displaystyle \sum _{k=1}^{n}{\frac {\varphi (k)}{k}}\sim {\frac {6n}{\pi ^{2}}}}

記号は、左側と右側の比がのにつれて 1 に近づくことを意味します。 {\displaystyle \sim }n{\displaystyle n\to \infty }

記号は、左側と右側のが としてゼロに近づくことを意味します。 {\displaystyle \simeq }n{\displaystyle n\to \infty }

超幾何反転

は超幾何関数である: 2F1{\displaystyle {}_{2}F_{1}}

n=0r2(n)qn=2F1(12,12,1,z){\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }r_{2}(n)q^{n}={}_{2}F_{1}\left({\frac {1}{2}},{\frac {1}{2}},1,z\right)}

どこ

q=exp(π2F1(1/2,1/2,1,1z)2F1(1/2,1/2,1,z)),zC{0,1}{\displaystyle q=\exp \left(-\pi {\frac {{}_{2}F_{1}(1/2,1/2,1,1-z)}{{}_{2}F_{1}(1/2,1/2,1,z)}}\right),\quad z\in \mathbb {C} \setminus \{0,1\}}

2つの平方関数の和です。 r2{\displaystyle r_{2}}

同様に、

1+240n=1σ3(n)qn=2F1(16,56,1,z)4{\displaystyle 1+240\sum _{n=1}^{\infty }\sigma _{3}(n)q^{n}={}_{2}F_{1}\left({\frac {1}{6}},{\frac {5}{6}},1,z\right)^{4}}

どこ

q=exp(2π2F1(1/6,5/6,1,1z)2F1(1/6,5/6,1,z)),zC{0,1}{\displaystyle q=\exp \left(-2\pi {\frac {{}_{2}F_{1}(1/6,5/6,1,1-z)}{{}_{2}F_{1}(1/6,5/6,1,z)}}\right),\quad z\in \mathbb {C} \setminus \{0,1\}}

除数関数です。 σ3{\displaystyle \sigma _{3}}

ラマヌジャンの楕円関数の理論によって説明されているように、この性質の式は他にもたくさんあります。

おそらく最も注目すべき超幾何反転は、ラマヌジャンのタウ関数とJ 不変量のフーリエ係数( OEISのシーケンスA000521 ) を含む次の 2 つの例です。 τ{\displaystyle \tau }j{\displaystyle \mathrm {j} }

n=1jnqn=256(1z+z2)3z2(1z)2,{\displaystyle \sum _{n=-1}^{\infty }\mathrm {j} _{n}q^{n}=256{\dfrac {(1-z+z^{2})^{3}}{z^{2}(1-z)^{2}}},}
n=1τ(n)qn=z2(1z)22562F1(12,12,1,z)12{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }\tau (n)q^{n}={\dfrac {z^{2}(1-z)^{2}}{256}}{}_{2}F_{1}\left({\frac {1}{2}},{\frac {1}{2}},1,z\right)^{12}}

どちらの場合も

q=exp(2π2F1(1/2,1/2,1,1z)2F1(1/2,1/2,1,z)),zC{0,1}.{\displaystyle q=\exp \left(-2\pi {\frac {{}_{2}F_{1}(1/2,1/2,1,1-z)}{{}_{2}F_{1}(1/2,1/2,1,z)}}\right),\quad z\in \mathbb {C} \setminus \{0,1\}.}

さらに、最後の式をべき級数として展開すると、

121(1z)1/41+(1z)1/4{\displaystyle {\dfrac {1}{2}}{\dfrac {1-(1-z)^{1/4}}{1+(1-z)^{1/4}}}}

と設定すると、の急速に収束する級数が得られる。[注 3 ]z=1/2{\displaystyle z=1/2}e2π{\displaystyle e^{-2\pi }}

e2π=w2+4w6+34w10+360w14+4239w18+,w=1221/4121/4+1.{\displaystyle e^{-2\pi }=w^{2}+4w^{6}+34w^{10}+360w^{14}+4239w^{18}+\cdots ,\quad w={\dfrac {1}{2}}{\dfrac {2^{1/4}-1}{2^{1/4}+1}}.}

その他

Γ(s)Γ(1s)=πsinπs{\displaystyle \Gamma (s)\Gamma (1-s)={\frac {\pi }{\sin \pi s}}}(オイラーの反射公式、ガンマ関数を参照)
π=6ζ(2){\displaystyle \pi ={\sqrt {6\zeta (2)}}}バーゼル問題に対するオイラーの解から導出される。リーマンゼータ関数を参照)
πs/2Γ(s2)ζ(s)=π(1s)/2Γ(1s2)ζ(1s){\displaystyle \pi ^{-s/2}\Gamma \left({\frac {s}{2}}\right)\zeta (s)=\pi ^{-(1-s)/2}\Gamma \left({\frac {1-s}{2}}\right)\zeta (1-s)}(リーマンゼータ関数の関数方程式)
eζ(0)=2π{\displaystyle e^{-\zeta '(0)}={\sqrt {2\pi }}}
eζ(0,1/2)ζ(0,1)=π{\displaystyle e^{\zeta '(0,1/2)-\zeta '(0,1)}={\sqrt {\pi }}}(ここではハーウィッツゼータ関数であり、導関数は最初の変数に関して取られます)ζ(s,a){\displaystyle \zeta (s,a)}
π=B(1/2,1/2)=Γ(1/2)2{\displaystyle \pi =\mathrm {B} (1/2,1/2)=\Gamma (1/2)^{2}}(ベータ関数も参照)
π=Γ(3/4)4agm(1,1/2)2=Γ(1/4)4/3agm(1,2)2/32{\displaystyle \pi ={\frac {\Gamma (3/4)^{4}}{\operatorname {agm} (1,1/{\sqrt {2}})^{2}}}={\frac {\Gamma \left({1/4}\right)^{4/3}\operatorname {agm} (1,{\sqrt {2}})^{2/3}}{2}}}(ここでagmは算術幾何平均です)
π=agm(θ22(1/e),θ32(1/e)){\displaystyle \pi =\operatorname {agm} \left(\theta _{2}^{2}(1/e),\theta _{3}^{2}(1/e)\right)}(ここで、およびはヤコビのシータ関数である[ 23 ]θ2{\displaystyle \theta _{2}}θ3{\displaystyle \theta _{3}}
agm(1,2)=πϖ{\displaystyle \operatorname {agm} (1,{\sqrt {2}})={\frac {\pi }{\varpi }}}ガウス[ 24 ] によれば、レムニスケート定数である)ϖ{\displaystyle \varpi }
N(2ϖ)=e2π,N(ϖ)=eπ/2{\displaystyle \operatorname {N} (2\varpi )=e^{2\pi },\quad \operatorname {N} (\varpi )=e^{\pi /2}}(ここではガウスN関数N{\displaystyle \operatorname {N} }
iπ=Log(1)=limnn((1)1/n1){\displaystyle i\pi =\operatorname {Log} (-1)=\lim _{n\to \infty }n\left((-1)^{1/n}-1\right)}(ここで複素対数の主値)[注4 ]Log{\displaystyle \operatorname {Log} }
1π212=limn1n2k=1n(nmodk){\displaystyle 1-{\frac {\pi ^{2}}{12}}=\lim _{n\rightarrow \infty }{\frac {1}{n^{2}}}\sum _{k=1}^{n}(n{\bmod {k}})}nをkで 割っ余り)nmodk{\textstyle n{\bmod {k}}}
π=limr1r2x=rry=rr{1if x2+y2r0if x2+y2>r{\displaystyle \pi =\lim _{r\to \infty }{\frac {1}{r^{2}}}\sum _{x=-r}^{r}\;\sum _{y=-r}^{r}{\begin{cases}1&{\text{if }}{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}\leq r\\0&{\text{if }}{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}>r\end{cases}}}(円の面積を合計する)
π=limn4n2k=1nn2k2{\displaystyle \pi =\lim _{n\rightarrow \infty }{\frac {4}{n^{2}}}\sum _{k=1}^{n}{\sqrt {n^{2}-k^{2}}}}(単位円の面積を求めるためのリーマン和)
π=limn24nn!4n(2n)!2=limn24nn(2nn)2=limn1n((2n)!!(2n1)!!)2{\displaystyle \pi =\lim _{n\to \infty }{\frac {2^{4n}n!^{4}}{n(2n)!^{2}}}=\lim _{n\rightarrow \infty }{\frac {2^{4n}}{n{2n \choose n}^{2}}}=\lim _{n\rightarrow \infty }{\frac {1}{n}}\left({\frac {(2n)!!}{(2n-1)!!}}\right)^{2}}(スターリング近似とウォリス積を組み合わせることにより)
π=limn1nln16λ(ni){\displaystyle \pi =\lim _{n\to \infty }{\frac {1}{n}}\ln {\frac {16}{\lambda (ni)}}}(ここではモジュラーラムダ関数[ 25 ] [注5 ]λ{\displaystyle \lambda }
π=limn24nln(21/4Gn)=limn24nln(21/4gn){\displaystyle \pi =\lim _{n\to \infty }{\frac {24}{\sqrt {n}}}\ln \left(2^{1/4}G_{n}\right)=\lim _{n\to \infty }{\frac {24}{\sqrt {n}}}\ln \left(2^{1/4}g_{n}\right)}(ここで、およびはラマヌジャンのクラス不変量である)[ 26 ] [注6 ]Gn{\displaystyle G_{n}}gn{\displaystyle g_{n}}

参照

参考文献

注記

  1. ^この関係は2019 年の SI 改訂まで有効でした。μ0=4π107N/A2{\displaystyle \mu _{0}=4\pi \cdot 10^{-7}\,\mathrm {N} /\mathrm {A} ^{2}}
  2. ^ (アークタンジェントの全領域にわたる積分形の周期を与える)
  3. ^係数はピュイズー級数を逆にすることでられる
    zzn=0z2n2+2nn=z2n2{\displaystyle z\mapsto {\sqrt {z}}{\dfrac {\sum _{n=0}^{\infty }z^{2n^{2}+2n}}{\sum _{n=-\infty }^{\infty }z^{2n^{2}}}}}
    で。z=0{\displaystyle z=0}
  4. ^最も小さい正の主引数を持つ番目が選択される。n{\displaystyle n}
  5. ^のとき、これはゲルフォンド定数 の代数近似値。nQ+{\displaystyle n\in \mathbb {Q} ^{+}}eπ{\displaystyle e^{\pi }}
  6. ^のとき、これはゲルフォンド定数 の代数近似値を与えます。nQ+{\displaystyle {\sqrt {n}}\in \mathbb {Q} ^{+}}eπ{\displaystyle e^{\pi }}

他の

  1. ^ Galperin, G. (2003). 「πでプールをする(ビリヤードの観点から見たπの数)」(PDF) . Regular and Chaotic Dynamics . 8 (4): 375– 394. doi : 10.1070/RD2003v008n04ABEH000252 . 2022年10月5日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2022年10月9日閲覧.
  2. ^ルディン、ウォルター(1987).実解析と複素解析(第3版). マグロウヒル・ブック・カンパニー. ISBN 0-07-100276-64ページ
  3. ^ “A000796 – OEIS” . 2021年8月17日時点のオリジナルよりアーカイブ2021年8月17日閲覧。
  4. ^ Carson, BC (2010)、「楕円積分」Olver, Frank WJ、Lozier, Daniel M.、Boisvert, Ronald F.、Clark, Charles W.(編)、NIST Handbook of Mathematical Functions、Cambridge University Press、ISBN 978-0-521-19225-5MR  2723248
  5. ^アルント、ヨルク;ヘネル、クリストフ (2001)。π アンリーシュド。シュプリンガー・フェルラーク・ベルリン・ハイデルベルク。ISBN 978-3-540-66572-4126ページ
  6. ^ Gourdon, Xavier. 「πのn桁目の小数点以下の桁数を低メモリで計算する」(PDF)数値、定数、計算。p. 1。2021年5月7日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2021年7月5日閲覧
  7. ^ 「Weisstein, Eric W. "Pi Formulas", MathWorld」2011年8月15日時点のオリジナルよりアーカイブ2013年9月16日閲覧。
  8. ^ Chrystal, G. (1900).代数学 初等教科書 第2部. p. 335.
  9. ^エイマール、ピエール;ラフォン、ジャンピエール (2004)。円周率。アメリカ数学協会。ISBN 0-8218-3246-8112ページ
  10. ^クーパー、ショーン(2017年)『ラマヌジャンのシータ関数』(初版)シュプリンガーISBN 978-3-319-56171-4(647ページ)
  11. ^オイラー、レオンハルト (1748)。『analysin infinitorum』の紹介(ラテン語)。 Vol. 1.245ページ
  12. ^カール・B・ボイヤー数学史』第21章、488~489ページ
  13. ^オイラー、レオンハルト (1748)。『analysin infinitorum』の紹介(ラテン語)。 Vol. 1.244ページ
  14. ^ Wästlund, Johan. 「ユークリッド幾何学による逆平方和の計算」(PDF)2020年2月24日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2022年2月12日閲覧論文ではマイナス記号を使った式が示されていますが、これらの結果は同等です。
  15. ^ Simon Plouffe / David Bailey. 「円周率の世界」 . Pi314.net. 2013年10月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年1月29日閲覧「 πの級数のコレクション」。Numbers.computation.free.fr。2013年9月30日時点のオリジナルよりアーカイブ2011年1月29日閲覧。
  16. ^ルディン、ウォルター(1987).実解析と複素解析(第3版). マグロウヒル・ブック・カンパニー. ISBN 0-07-100276-63ページ
  17. ^ a bロヤ、ポール(2017年)『分析の驚くべき美的側面』シュプリンガー、p.589、ISBN 978-1-4939-6793-3
  18. ^ペロン、オスカー(1957)。Die Lehre von den Kettenbrüchen: Band II (ドイツ語) (第 3 版)。 BG・トイブナー。36ページ、式24
  19. ^ヴェルッチ、ピエルルイジ;ベルサーニ、アルベルト・マリア (2019-12-01)。「$$\pi $$-数式とグレイコード」 .マテマティカのリチェルケ68 (2 ) : 551–569.arXiv : 1606.09597 土井: 10.1007/s11587-018-0426-4ISSN 1827-3491S2CID 119578297  
  20. ^アブラロフ、サンジャル M.;シディキ、リハン。ジャグパル、ラジンダー K.クワイン、ブレンダン M. (2021-09-04)。「π の 2 項マシンのような公式における大きな整数のアルゴリズムによる決定」数学9 (17): 2162.arXiv : 2107.01027土井10.3390/math9172162
  21. ^アルント、ヨルク;ヘネル、クリストフ (2001)。π アンリーシュド。シュプリンガー・フェルラーク・ベルリン・ハイデルベルク。ISBN 978-3-540-66572-449ページ
  22. ^エイマール、ピエール;ラフォン、ジャンピエール (2004)。円周率。アメリカ数学協会。ISBN 0-8218-3246-82ページ
  23. ^ボルウェイン、ジョナサン・M.; ボルウェイン、ピーター・B. (1987).円周率とAGM:解析的数論と計算複雑性の研究(初版). Wiley-Interscience. ISBN 0-471-83138-7225ページ
  24. ^ Gilmore, Tomack. 「ガウスの算術幾何平均」(PDF) .ウィーン大学. p. 13. 2021年3月22日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2021年6月21日閲覧
  25. ^ Borwein, J.; Borwein, P. (2000). 「ラマヌジャンと円周率」 .円周率:情報源. Springer Link. pp.  588– 595. doi : 10.1007/978-1-4757-3240-5_62 . ISBN 978-1-4757-3242-9. 2022年7月14日時点のオリジナルよりアーカイブ2021年12月9日閲覧。
  26. ^エイマール、ピエール;ラフォン、ジャンピエール (2004)。円周率。アメリカ数学協会。ISBN 0-8218-3246-8248ページ

さらに読む

  • ピーター・ボーワイン (2000)。「驚くべき数π(PDF)ウィスクンデの新しい大首領。シリーズ第5弾。1 (3): 254–258 . Zbl  1173.01300
  • 加藤和也、黒川信繁、斎藤健:『数論1:フェルマーの夢』アメリカ数学会、プロビデンス、1993年、ISBN 0-8218-0863-X