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数学 / 阿基米德选集 / Measurement of a Circle · Proposition 3

《圆的度量》命题 3 · 圆周与直径之比

The ratio of the circumference of any circle to its diameter is less than 3 1/7 but greater than 3 10/71.

任意圆的圆周长与直径之比,小于 3 又 1/7,大于 3 又 10/71。

O A B C D E G H
fig-1

AB 是直径,AC 是切线;从三分之一直角开始连续平分,得到用于估计外接和内接九十六边形边长的角。

分步证明Step-by-step proof
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  1. Begin with a tangent triangle where angle AOC is one third of a right angle; the tangent side gives the first outside estimate.

    从切线三角形开始,使角 AOC 为三分之一直角;切线边给出最初的外接估计。

  2. Bisect the angle four times. Each bisection updates a ratio by similar triangles and by rational upper bounds for square roots.

    连续平分这个角四次。每一次都用相似三角形和平方根的有理上界更新一个比值。

  3. The final small tangent side is one side of a circumscribed 96-gon, whose perimeter is greater than the circumference but still less than 3 1/7 diameters.

    最后的小切线边是外接九十六边形的一边;外接多边形周长大于圆周长,但仍小于 3 又 1/7 个直径。

  4. The same bisection argument inside the circle gives an inscribed 96-gon whose perimeter is less than the circumference but greater than 3 10/71 diameters.

    在圆内作同样的平分估计,得到内接九十六边形;它的周长小于圆周长,却大于 3 又 10/71 个直径。

  5. Therefore the circumference-to-diameter ratio is squeezed between 3 10/71 and 3 1/7.

    于是周径比被夹在 3 又 10/71 与 3 又 1/7 之间。

This is a rational squeeze for π, not a decimal computation.

这不是先有小数 π 再去验算,而是用内接、外接九十六边形直接把 π 夹在两个有理数之间。

不看完整证明,说明“命题 3 · 圆周与直径之比”这一命题的已知、要证和关键比较对象。

看一个提示
  • 先把几何对象命名,再说它们之间要比较什么量。
  • 穷竭法命题要特别留意“若大于”和“若小于”两边。