| 1.0.0 | Einleitung - Pi als Näherungswert | ||
| 1.1.0 | Ägypten | 1850/1650 v.Chr. | |
| 1.2.0 | Babylonien | 1900 - 1600 v.Chr. | |
| 1.3.0 | Die Griechen | 400 - 300 v.Chr. | |
| 1.3.1 | Archimedes | 287 - 212 v.Chr. | |
| 1.3.2 | Heron von Alexandria | 10-75 n.Chr. | |
1.3.3 |
Apollonius von Perge | ||
| 1.3.4 | Claudius Ptolemäus | 85-165 n.Chr. | |
| 1.4.0 | China | 250/430-501 n.Chr. | |
| 1.5.0 | Indien | 500 v.Chr./500 n.Chr | |
| Das Verhältnis von Kreisumfang zu
Kreisdurchmesser, das wir heute mit der Zahl p ausdrücken, war der 17.
Buchstabe des ursprünglichen und ist der 16. Buchstabe
des klassischen griechischen Alphabetes. Der griechische Buchstabe p (p) zur Bezeichnung der Verhältniszahl des Kreisumfangs zum Kreisdurchmesser soll sich ableiten aus dem griechischen Wort perijeria (periphereia) = Kreis(umfang), Umkreis, Umfangslinie oder auch von perimetros = Umfang. Der griechische
Buchstabe p wurde als Abkürzung für
"Peripherie" von englischen Mathematikern
benutzt, genannt werden hier Oughtred (1667) und Issac
Barrow (1630-1677) sowie William Jones(1675-1749). Doch
ihre Beispiele blieben ohne Nachahmung. Über die Eigenschaften und über die Entwicklung der Zahl p ist, im Laufe der Zeit, schon viel geschrieben, gerechnet und gerätselt worden. Hier geht es allerdings nicht um irgendwelche Mysteria dieser Zahl, sondern darum geeignete Näherungswerte zu finden, die in der geometrischen Praxis, mit genügender Genauigkeit, umsetzbar sind. Daher erfolgt, in
diesem Kapitel, lediglich eine kleine Übersicht zur
geschichtlichen Entwicklung bzw. Entdeckung und
Eingrenzung der Zahl p. Unter besonderer Berücksichtigung von
Bruchdarstellungen für p, im Hinblick auf spätere geometrische
Verwendbarkeit. |
| Der wohl älteste offiziell überlieferte Wert für p stammt von den Ägyptern. Etwa um 1850 v.Chr. enstand das Moskauer Papyrus. Man fand die Näherung: |
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| Das Papyrus Rhind , das auf etwa 1650 v.Chr. datiert wird, enthält mathematische Aufgaben in Textform, die vom Schreiber Ahmes stammen. Es gibt diesen Wert an: |
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| Dieses Dokument befindet sich heute im Britischen Museum in London. |
| Es könnte aber auch schon vor der Abfassung des Papyrus Rhind bessere Näherungswerte gegeben haben: POSAMENTIER (The Mathematics Teacher v. 77(1); S.52,47) führt das Buch "La Science Mystérieuse des Pharaons" von Abbé Moreux (Paris 1923) an, wo auf den Seiten 28-29 eine vermutete Näherung von 3,14159294 angegeben wird. (zitiert nach Mäder 1989, S.55) |
| Etwa zur selben Zeit wie in Ägypten (1900-1600 v.Chr.) gab es auch schon in Babylonien erste Näherungen für p. Der Wert 3 wurde als solche Näherung benutzt. Keilschrifttexte, die 1936 in Susa entdeckt wurden, geben für p diesen Wert an: |
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| Die Quadratur des Kreises war eines der
Lieblingsthemen der alten Griechen. Die Aufgabe war, zu
einem gegebenen Kreis, nur mit Hilfe von Lineal und
Zirkel, ein umfang bzw. flächengleiches Quadrat zu
konstruieren. Dieses sollte in einer begrenzten Anzahl
von Schritten bewältigt werden. Aus noch zu ersehenden
Gründen ist dies geometrisch exakt aber unmöglich. Antiphon (430 v.Chr.) war der Meinung, daß die
Quadratur des Kreises und damit die exakte Bestimmung von
p möglich sein müsse, weil sich jedes Polygon in
ein Quadrat verwandeln läßt. Bryson aus Heraklea ging noch einen Schritt weiter und
berechnete die Fläche von zwei Vielecken eines
das den Kreis von innen begrenzte und eines zweiten das
den Kreis von außen umschloss. Die Fläche des Kreises,
so folgerte Bryson, müsse zwischen den Flächen der
beiden Vielecke liegen. Euklid von Alexandria (325-265 v. Chr.) gelang der Beweis, daß 3 < p < 4 gilt. Doch erst Archimedes konnte rund 100 Jahre später diese Ungleichung verfeinern. |
| Auf Archimedes von Syrakus (287 - 212 v.Chr.), der u.a. die Gesetze für den Auftrieb, den Hebel und den Flaschenzug fand, geht folgende Ungleichung zurück, die er durch die Konstruktion eines 96-Ecks gewann: |
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| Nach Angaben des Mathematikers Heron von Alexandria (10-75 n. Chr.) soll Archimedes sogar eine noch bessere Abschätzung für p gefunden haben. Es ist aber nicht vollständig geklärt, ob dieser Ausdruck wirklich von ihm stammt. Seine Angabe lautet: |
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| Auf Apollonius von Perge, einem jüngeren Kollegen von Archimedes, geht folgender Wert zurück: |
| Der griechische Astronom Claudius Ptolemäus (85-165 n.Chr. in Ägypten) nützte die Vorarbeit des Archimedes und setzte dessen Methode bis zum 720-Eck fort. Damit erreichte er für p die Näherung : |
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| Von Wang Fan um 250 n.Chr. stammt die Näherung: |
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| Der Astronom Tsu Chu'ung-Chi (430-501 n.Chr.) und sein Sohn Tsu Keng-Chi fanden diese Näherung: |
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| Tsu Chung Chi (Zu Chong Zhi) wurde
als Mathematiker und Astronom bekannt und war etwa 800
Jahre lang der Weltrekordhalter in der Präzision der
Darstellung von p. Die Wissenschaftshistoriker wissen nicht sehr viel über ihn. Insbesondere ist rätselhaft, wie Tsu seine erstaunliche Approximation der Kreiszahl p berechnet hat. Über den Ursprung dieses einfachen Bruches gibt es nur Vermutungen, die besagen, daß Tsu einfach die bekannten Brüche von Ptolemäus und Archimedes verwendet hat. Indem er die Differenz der Zähler und Nenner bildete: |
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| Um 500 v.Chr. waren für p Näherungen in Gebrauch, wie zum Beispiel: |
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| Noch öfter findet man einen Wert, der auch als Hinduwert bezeichnet wird: |
Der indische Mathematiker Brahmagupta (geboren 598 n.Chr.) fand 640 n.Chr. ebenfalls diesen Wert, indem er die Summe der Seitenlängen von 12-, 24-, 48- und 96-seitigen Polygonen berechnete. Um 499-510 n.Chr. gab Aryabhatiya (476-550) für p eine Näherung an, die auch im Paulisha Siddhanta erwähnt wird: |
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