พาย (ค่าคงตัว)
พาย หรือ ไพ (อักษรกรีก: π ภาษาอังกฤษ: pi)เป็นค่าคงตัวทางคณิตศาสตร์ ที่เกิดจากความยาวเส้นรอบวงหารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลม ค่า π มักใช้ในคณิตศาสตร์, ฟิสิกส์ และวิศวกรรม π เป็นอักษรกรีกที่ตรงกับตัว "p" ในอักษรละติน มีชื่อว่า "pi" (อ่านว่า พาย ในภาษาอังกฤษ แต่อ่านว่า พี ในภาษากรีก) บางครั้งเรียกว่า ค่าคงตัวของอาร์คิมิดีส (Archimedes' Constant) หรือจำนวนของลูดอล์ฟ (Ludolphine number หรือ Ludolph's Constant)
ในเรขาคณิตแบบยุคลิด π มีนิยามว่าเป็นอัตราส่วนของเส้นรอบวงหารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลม หรือเป็นอัตราส่วนของพื้นที่วงกลม หารด้วย รัศมียกกำลังสอง ในคณิตศาสตร์ชั้นสูงจะนิยาม π โดยใช้ฟังก์ชันตรีโกณมิติ เช่น π คือจำนวนบวก x ที่น้อยสุดที่ทำให้ sin (x) = 0
ค่า π โดยประมาณ 125 ตำแหน่งคือ
- π = 3.14159265358979323846264338327950288419716939937510582097494459230781640628620899862803482534211706798214808651328238644709384... (ลำดับ A000796)
- ส่วนมากจะใช้ค่าประมาณ คือ 3.14159...
แม้ว่าค่านี้มีความละเอียดพอที่จะใช้ในงานวิศวกรรมหรือวิทยาศาสตร์แล้ว ปัจจุบันมีการคำนวณค่า π ได้หลายตำแหน่ง ซึ่งหาได้ทั่วไปจากอินเทอร์เน็ต คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลโดยทั่วไปสามารถคำนวณค่า π ได้พันล้านหลัก ขณะที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คำนวณค่า π ได้เกินล้านล้านหลัก และไม่พบว่ามีรูปแบบที่ซ้ำกันของค่า π ปรากฏอยู่
สูตรที่เกี่ยวข้องกับ π
เรขาคณิต
π มักปรากฏในสูตรที่เกี่ยวกับวงกลมและทรงกลม
รูปร่างทางเรขาคณิต | สูตร |
---|---|
เส้นรอบวงของวงกลมที่มีรัศมี r และเส้นผ่านศูนย์กลาง d | |
พื้นที่ของวงกลมที่มีรัศมี r | |
พื้นที่ของวงรีที่มีแกนเอก a และแกนโท b | |
ปริมาตรของทรงกลมที่มีรัศมี r และเส้นผ่านศูนย์กลาง d | |
พื้นที่ผิวของทรงกลมที่มีรัศมี r | |
ปริมาตรของทรงกระบอกที่สูง h และรัศมี r | |
พื้นที่ผิวของทรงกระบอกที่สูง h และรัศมี r | |
ปริมาตรของกรวยที่สูง h และรัศมี r | |
พื้นที่ผิวของกรวยที่สูง h และรัศมี r |
การวิเคราะห์
- François Viète, 1593:
- สูตรของไลบ์นิซ:
- หรือเขียนอีกแบบได้เป็น:
- ผลคูณของ Wallis:
- ปัญหาของBasel, ถูกแก้เป็นครั้งแรกโดย ออยเลอร์ (ดูเพิ่มเติม ฟังก์ชันซีตาของรีมันน์):
- ฟังก์ชันแกมมา เมื่อหาค่า 1/2:
- สูตรของสเตอร์ลิง:
- เอกลักษณ์ของออยเลอร์ (เรียกโดย ริชาร์ด ไฟน์แมน):
เศษส่วนต่อเนื่อง
π เขียนในรูปเศษส่วนต่อเนื่องได้หลายแบบ เช่น
ทฤษฎีจำนวน
- ความน่าจะเป็นในการสุ่มจำนวนเต็มขึ้นมา 2 จำนวน แล้วเป็นจำนวนเฉพาะสัมพัทธ์กัน เท่ากับ 6/π2 ...
ฟิสิกส์
- หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก:
- สมการสนามของไอน์สไตน์ ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป:
- กฎของคูลอมบ์ สำหรับแรงไฟฟ้า:
สูตรที่นอกเหนือจากคณิตศาสตร์
การอธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพ
แม้ว่า π จะไม่เป็นค่าคงตัวทางฟิสิกส์ แต่ก็มีปรากฏในสมการที่ใช้อธิบายเกี่ยวกับหลักการพื้นฐานของจักรวาลอยู่บ่อยครั้ง เนื่องจากความสัมพันธ์ของ π กับวงกลม และระบบพิกัดทรงกลม จากสูตรง่าย ๆ จากกลศาสตร์ดั้งเดิม เช่น ให้ระยะเวลาโดยประมาณเป็น T ของลูกตุ้มที่มีความยาว L แกว่งด้วยแอมพลิจูดขนาดเล็ก (g คือ ความเร่งโน้มถ่วงของโลก)[1]
หนึ่งในสูตรสำคัญของกลศาสตร์ควอนตัมคือหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนแบร์ก ซึ่งแสดงให้เห็นความไม่แน่นอนในการวัดตำแหน่งของอนุภาค (Δx) และโมเมนตัม (Δp) ซึ่งไม่สามารถมีขนาดเล็กโดยปราศจากเหตุผลในเวลาเดียวกันได้ (เมื่อ h เป็นค่าคงตัวของพลังค์)[2]
ความจริงที่ว่า π มีค่าประมาณเท่ากับ 3 นั้น มีบทบาทในอายุการใช้งานที่ยาวนานของออร์โธโพสิโทรเนียม ซึ่งอายุการใช้งานนั้นจะผกผันไปสู่ลำดับต่ำสุดในค่าคงที่โครงสร้างละเอียด α คือ[3]
เมื่อ m คือมวลของอิเล็กตรอน