المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تربية الماشية في جمهورية كوريا الشعبية الديمقراطية
2024-11-06
تقييم الموارد المائية في الوطن العربي
2024-11-06
تقسيم الامطار في الوطن العربي
2024-11-06
تربية الماشية في الهند
2024-11-06
النضج السياسي في الوطن العربي
2024-11-06
تربية الماشية في روسيا الفيدرالية
2024-11-06

غزوة أحد
11-12-2014
مُدرِك بن علي الشيباني
13-08-2015
نشأة وتطور علوم القرآن
2024-03-18
إيجاد التوازن النفسي لدى الطفل
25-7-2016
إزدهار الخطابة وإنحسار الشعر في عصر صدر الإسلام
27-09-2015
انتقــاد الماركسيــة
27-4-2020

Pi Iterations  
  
1109   03:47 مساءً   date: 10-3-2020
Author : Bailey, D. H.
Book or Source : "The Computation of pi to 29360000 Decimal Digit using Borwein,s, Quartically Convergent Algorithm." Math. Comput. 50
Page and Part : ...


Read More
Date: 30-12-2020 1026
Date: 11-11-2019 653
Date: 2-2-2020 631

Pi Iterations 

pi may be computed using a number of iterative algorithms. The best known such algorithms are the Archimedes algorithm, which was derived by Pfaff in 1800, and the Brent-Salamin formula. Borwein et al. (1989) discuss pth-order iterative algorithms.

The Brent-Salamin formula is a quadratically converging algorithm.

Another quadratically converging algorithm (Borwein and Borwein 1987, pp. 46-48) is obtained by defining

x_0 = sqrt(2)

(1)

y_1 = 2^(1/4)

(2)

and

x_n = 1/2(x_(n-1)^(1/2)+x_(n-1)^(-1/2))

(3)

y_n = (y_(n-1)x_(n-1)^(1/2)+x_(n-1)^(-1/2))/(y_(n-1)+1).

(4)

Then

 pi_n=pi_(n-1)(x_n+1)/(y_n+1),

(5)

with pi_0=2+sqrt(2)pi_n decreases monotonically to pi with

 pi_n-pi<10^(-2^(n+1))

(6)

for n>=2.

A cubically converging algorithm which converges to the nearest multiple of pi to f_0 is the simple iteration

 f_n=f_(n-1)+sin(f_(n-1))

(7)

(Beeler et al. 1972). For example, applying to 23 gives the sequence 23, 22.1537796, 21.99186453, 21.99114858, ..., which converges to 7pi approx 21.99114858.

A quartically converging algorithm is obtained by letting

y_0 = sqrt(lambda^*(r))

(8)

alpha_0 = alpha(r),

(9)

then defining

y_n = (1-(1-y_(n-1)^4)^(1/4))/(1+(1-y_(n-1)^4)^(1/4))

(10)

alpha_n = (1+y_n)^4alpha_(n-1)-4^nsqrt(r)y_n(1+y_n+y_n^2).

(11)

Then

 pi=lim_(n->infty)1/(alpha_n)

(12)

and alpha_n converges to 1/pi quartically with

 alpha_n-1/pi<16·4^nsqrt(r)e^(-4^npisqrt(r))

(13)

(Borwein and Borwein 1987, pp. 170-171; Bailey 1988, Borwein et al. 1989). This algorithm rests on a modular equation identity of order 4. Taking the special case r=2 gives y_0=sqrt(2)-1 and alpha_0=2(sqrt(2)-1)^2=6-4sqrt(2).

A quintically converging algorithm is obtained by letting

s_0 = 5(sqrt(5)-2)

(14)

alpha_0 = 1/2.

(15)

Then let

 s_n=(25)/((z+x/z+1)^2s_(n-1)),

(16)

where

x = 5/(s_n)-1

(17)

y = (x-1)^2+7

(18)

z = [1/2x(y+sqrt(y^2-4x^3))]^(1/5).

(19)

Finally, let

 alpha_(n+1)=s_n^2alpha_n-5^n[1/2(s_n^2-5)+sqrt(s_n(s_n^2-2s_n+5))],

(20)

then

 0<alpha_n-1/pi<16·5^ne^(-pi5^n)

(21)

(Borwein et al. 1989). This algorithm rests on a modular equation identity of order 5.

Beginning with any positive integer n, round up to the nearest multiple of n-1, then up to the nearest multiple of n-2, and so on, up to the nearest multiple of 1. Let f(n) denote the result. Then the ratio

 lim_(n->infty)(n^2)/(f(n))=pi.

(22)

David (1957) credits this result to Jabotinski and Erdős and gives the more precise asymptotic result

 f(n)=(n^2)/pi+O(n^(4/3)).

(23)

The first few numbers in the sequence {f(n)} are 1, 2, 4, 6, 10, 12, 18, 22, 30, 34, ... (OEIS A002491).

Another algorithm is due to Woon (1995). Define a(0)=1 and

 a(n)=sqrt(1+[sum_(k=0)^(n-1)a(k)]^2).

(24)

It can be proved by induction that

 a(n)=csc(pi/(2^(n+1))).

(25)

For n=0, the identity holds. If it holds for n<=t, then

 a(t+1)=sqrt(1+[sum_(k=0)^tcsc(pi/(2^(k+1)))]^2),

(26)

but

 csc(pi/(2^(k+1)))=cot(pi/(2^(k+2)))-cot(pi/(2^(k+1))),

(27)

so

 sum_(k=0)^tcsc(pi/(2^(k+1)))=cot(pi/(2^(t+2))).

(28)

Therefore,

 a(t+1)=csc(pi/(2^(t+2))),

(29)

so the identity holds for n=t+1 and, by induction, for all nonnegative n, and

lim_(n->infty)(2^(n+1))/(a(n)) = lim_(n->infty)2^(n+1)sin(pi/(2^(n+1)))

(30)

= lim_(n->infty)2^(n+1)pi/(2^(n+1))(sin(pi/(2^(n+1))))/(pi/(2^(n+1)))

(31)

= pilim_(theta->0)(sintheta)/theta=pi.

(32)


REFERENCES:

Bailey, D. H. "The Computation of pi to 29360000 Decimal Digit using Borwein's' Quartically Convergent Algorithm." Math. Comput. 50, 283-296, 1988.

Beeler, M. et al. Item 140 in Beeler, M.; Gosper, R. W.; and Schroeppel, R. HAKMEM. Cambridge, MA: MIT Artificial Intelligence Laboratory, Memo AIM-239, p. 69, Feb. 1972. http://www.inwap.com/pdp10/hbaker/hakmem/pi.html#item140.

Borwein, J. M. and Borwein, P. B. Pi & the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity. New York: Wiley, 1987.

Borwein, J. M.; Borwein, P. B.; and Bailey, D. H. "Ramanujan, Modular Equations, and Approximations to Pi, or How to Compute One Billion Digits of Pi." Amer. Math. Monthly 96, 201-219, 1989.

David, Y. "On a Sequence Generated by a Sieving Process." Riveon Lematematika 11, 26-31, 1957.

Sloane, N. J. A. Sequence A002491/M1009 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Woon, S. C. "Problem 1441." Math. Mag. 68, 72-73, 1995.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.