円周率 π の発見
〜円周率=3 とはどんな円の面積なのだろう〜


アルキメデスは円に内接する正n角形と、外接する正n角形(nは任意の自然数)の
周の長さを計算することによって、正96角形を用いて、円周率を近似しました。



そして、上にある関係を得ました。


図形 説明
右の図を半径が1の円とします。
この円の面積を求めます。

(面積)=(半径)×(半径)×3.14

ですから、面積は3.14となります。
つまり円周率とは、半径1の円の面積に値します。
しかし、円周率を知らなかったら、
近似していくしかありません。
円が内接するような、正方形を考えると、

(面積)=(一辺)×(一辺)

ですから、面積は4となり、
円周率を越えてしまいます。

そこで、円内部で近似を進めます。
赤いラインで囲まれた部分の面積を求めていきます。
円を四分割して考えて、
三角形の面積を元にしていきます。

(面積)=(三角形の数)×(三角形の面積)

ここでは、(三角形の数)=4
(三角形の面積)=1/2×1×1×sin90度 です。

(面積)=2
(三角形の数)=8
(三角形の面積)=1/2×1×1×sin45度 です。

(面積)=2.828
(三角形の数)=12
(三角形の面積)=1/2×1×1×sin30度 です。

(面積)=3
半径1の円の面積を円周率とすると、この近似の時点で円周率=3 が出現します。
分割を進めると、次の結果が得られます。

三角形の数 面積
4 2
8 2.828
12 3
16 3.061
20 3.090
24 3.105
28 3.115
32 3.121
36 3.125
116 3.140

一つの三角形の角度を90/29(=約3.1度)まで細かく分割すると、3.14という結果が得られます。