為什麼數學與自然科學中許多公式 定理 定律會與 有聯絡?

時間 2021-05-11 23:06:42

1樓:lens

任何理論都是在尋找事物的簡單表達,存在是無限的,人類的表達是有限的。

語言表達用詞語,數學表達是用已知模型,常數、直線和圓是最簡單的模型,大家都竭盡全力用這些最簡單的模型來描述事物,除非實在做不到,否則用到常數、加減乘除和代表圓的pi概率最高。

2樓:Waddles

我覺得樓上大部分答案都比較表面,居然沒有乙個人提到產生這一現象的主要原因是pi是f』』=-f這一微分方程的乙個特解的半最小正週期(這個定義本身就和圓沒有關係),所以說只要任何乙個物理量和別的物理量的函式隱含這個關係,在公式中出現pi都是非常自然的事情…

3樓:自學生

中間球體和內外方體是三方的共同體。乙份半徑=六份的圓周,四份的圓周=正方形,是自然的規律。10位數的一半=是半徑,4*5=20,6*5=30,4*10=40,20+30+40=90是三方的總數量。

90/3=30是三方的平均數量。30的一半=是15,3.14159……,=是15的三方標準是14.

15.16.的共同體。

任何的標準,都是半元點,半徑,半週期,的半和對的時間標準。(因我文化低,敬請大家指導和幫助)。

4樓:橙色貓

π是我們所處的這個時空的性質。

在我們三維空間中任取乙個二維平面,假設面裡面的乙個向量(起點為0,端點為x,y)從乙個軸到其正交軸進行轉動(直觀上就是轉了90度角,但是現在並不知道是轉了90度),在數學上可寫為:

那麼要求sin(θ) =1(或cos(θ)=0),那麼我們就定義乙個滿足sin(θ) =1的θ為π/2,由此定義得π。

5樓:黃兢成

你並非第乙個有這種疑問,在費曼《發現的樂趣》一書中提到個小故事。

有一天,在看一本書上的公式時,我發現了乙個振盪電路的頻率公式, ,其中 L 是電感,C 是環路的電容。這兒有個 π,但是圓在哪兒呢?你們在笑,但是我那時十分嚴肅。

π 原來是和圓相關的乙個東西,現在從電路中出來了個 π,那麼圓在哪兒?

為什麼那麼多公式定理會出現 π 呢?下面是我的理解,不一定正確。

圓周率 π 是由圓來定義的,當有具體的圓時,自然會出現 π。比如圓的面積公式,球的體積公式。比如從某個點向外擴散,假如各個方向都相同,擴散面就為球面,描述這種擴散規律也很可能出現 π。

比如原來式子當中出現 ,這其實隱含圓的表示式,對這式子做些變換,也容易出現 π。

除了具體的圓,還有抽象的圓 —— 週期函式。

週期函式定義在數軸上,數軸是條直線,每隔了一段週期,相同的值就會重複出現。但假如我們將這段數軸彎曲成圓,圓的周長為週期,這個週期函式就可以看成是在圓上轉圈取值。當研究這個週期函式的頻率時,實際在圓上轉圈,可能也會出現 π。

sin(kx) 和 cos(kx) 是最基本的週期函式,它們其實也可以從圓中直接定義。根據傅利葉級數,週期函式可以寫成三角函式之和。假如將週期函式的概念推廣,這個週期很長很長,趨向於無窮,傅利葉級數就會演變成傅利葉變換,三角函式之和就演變成積分。

於是傅利葉變換的公式當中也出現了圓周率 π。

總結起來,圓周率 π 就出現在。

具體的圓。

抽象的圓,週期函式。

更抽象的圓,將週期函式的週期擴充套件到無窮,變成傅利葉變換。

自然科學經常假設空間各方向相同,圓或球體很常見,週期函式和傅利葉變換也經常用的。估計如此,圓周率 π 就出現在很多公式中。

再補充一點,在一些級數求和公式會出現 π。我認為其根源在於尤拉公式。尤拉公式為:

將尤拉公式左邊看成是位置

可以知道其速度

複數 i 乘以某個數,相當於將其逆時鐘旋轉 90 度。於是可以看到,它的速度永遠垂直於當前位置。

而加速度 , 可以看到它的加速度 a 也跟速度垂直,而跟位置相反。

尤拉公式是一座橋梁,通過尤拉公式,圓周率 π 跟 e 和 i 聯絡起來。而 e 往往跟一些求導運算聯絡在一起,也常常用於求導展開,比如泰勒展開。

圓周率 π 也會出現在看起來很奇怪公式當中,這種公式往往是涉及到無窮,有限運算基本不會出現圓周率 π 。這種無窮運算公式出現圓周率 π ,是可以通過尤拉公式和導數展開證明出來的。有時要直觀理解這種證明,可以先想象乙個有限直徑的圓,得到一些有限的結果。

之後將圓的半徑拉大趨向於無窮,這個圓就會變成直線,相應的公式就會出現無窮序列。

6樓:YorkYoung

首先糾正乙個錯誤斯托克斯定律而不是斯托克斯定理,定理是通過數學方法推理而證明的命題,而定律是通過實驗方法證明的命題,也可以叫做斯托克斯粘滯公式。

當然這個 也不是說完全是實驗性質的,因為它是假設液滴為球形得到的(順便吐槽一下,最好不要用d表示直徑還放到公式中間,很容易和微分搞混的,一般的書貌似都是用的半徑r吧),不要說成斯托克斯定理,主要怕是和微分幾何重要定理:

搞混了。所以歸根結底有 還是因為假設液滴為球形造成的。

球對稱性好,而對稱性越好處理起來也越簡單,有的物理學家還斷言物理學是研究對稱性的科學,當然這也只是一種說法,表明對稱性在理論物理研究中的重要性,那個「真空球形雞」的笑話也不是憑空而來的。

作為對比:

同樣是庫倫力,一種表達方法有π一種又沒有,一般力中出現π就是為了更基本的東西裡面沒有π,因為力這個東西過於實驗,並不本質。電磁力是為了麥克斯韋方程中沒有π,粘滯力是為了雷諾數定義裡沒有π。假設我們定義 ,那麼 ,請問還有π嗎?

實驗上這麼夠了,但要從理論上推就比較麻煩。

7樓:liu ren

π是定義於圓到球其實很自然比如

奇妙的是很多跟圓、球沒有關係的公式裡也有π

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