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若 π 被证明是有理数会对世界有何影响?

如果突然一天圆周率的值不是无理数,而是一个有理数,那说明你可能走错空间了。

问题 1:圆周率是什么?

就是圆的周长和直径的比值:

问题2:圆是什么?

圆就是平面上一条简单的闭曲线:这条线上的所有点到某给定的点(也就是圆心)的距离都是给定的长度(也就是半径)。

这里面涉及到两个定义——平面以及距离,简单起见,我们只考虑距离的问题:

问题3:距离的定义什么?

x-y平面上两个点 的距离定义为

问题来了,实变分析里面关于距离的定义跟所处的距离空间(又称范数空间)有关,在p-范数空间(即 空间),的距离是

p=2就是我们所处的空间,半径为1的圆是

就是我们所熟知的圆:

p=1时, 空间里半径为1的圆就变成了

画出来是这个形状,竟然是个正方形:

这个时候,圆周率是多少?直接目测就能算出来是:4,(别告诉我算出了2√2)。

稍微解释一下,图中两个顶点A、B的坐标分别是 (0, 1) 和 (1, 0) , 空间的直觉告诉我们AB的长度是√2,但是由于是在 空间,长度应该是 = 1+1 =2,所以周长是8,直径是2,对应的圆周率就是4.

看看,这时候圆周率不但是有理数,还是一个整数。

看看其他范数空间中的圆:

从里至外,p依次为0.1,0.6,1,1.5,2,3,10,50。p小于1 时已经不是严格的距离空间了,但不画出来感觉这个图都不完整哈哈。

更广泛的 空间内的圆周率也可以算出来,一点曲线积分的知识就可以搞定,但是比较繁琐,我查了一下,哈哈国外还真有人算过p范数空间圆周率的大小:p-范数空间里的圆周率,里面画出了圆周率随着p的变化曲线:

特别巧, 刚好在p=2,也就是我们所处的空间中取最小值。

em... 感觉这个可以给大一新生作为兴趣课题进行研究。


PS:-空间描述的世界会不会是这个样子的呢?

图片来自Minecraft官网

或者

PSS:圆的定义中,另外涉及到了平面的限定。在非欧几何中,圆的形状和性质会复杂一些,例如一个球面上的圆可以拥有两个圆心。

END

你点的每个好看,我都认真当成了喜欢

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