El desafío de PI

1. El desafío de π
Como ya debes saber, π es un número irracional, es decir, no puede ser obtenido
mediante la división (razón, proporción) de dos números enteros. Se trata de un número
con infinitas cifras decimales, no periódico.
1. Las calculadoras científicas actuales expresan en pantalla el número π con diez
dígitos qKL.
Sin embargo, queremos ampliar el número de cifras decimales, ya que sabemos que
internamente las calculadoras trabajan con más dígitos que los que muestran en
pantalla.
a. ¿Qué proceso tenemos que realizar para determinar las siguientes cifras
decimales que la calculadora no nos ha dado?
b. Expresa π con los decimales no mostrados inicialmente.
El reto de encontrar más dígitos (decimales) de π se ha mantenido desde tiempos
muy remotos.
En el siglo XVII antes de Cristo, en un libro egipcio, se describe que el área del
cuadrado con longitud lateral de 8/9 de diámetro del círculo es igual al área del círculo.
El valor de π fue 16049,3
81
256
 con un error menor del 1%.
2. Justifica mediante los cálculos correspondientes el valor de π hallado por los
egipcios en el siglo XVII a.C.
3. Determina con la ayuda del número π de la calculadora este error relativo menor al
1%.

2. Arquímedes (siglo III antes de Cristo) delimita el valor de π en
7
22
71
223
 
mediante el cálculo de los perímetros de polígonos circunscritos e inscritos.
Desde la antigüedad hasta el siglo XVII, la aproximación de π fue calculada a
partir de los perímetros de los polígonos regulares circunscritos e inscritos.
Cálculo de π a partir de polígonos regulares (~ s. XVI)
Antiguo Egipto
(s.XVII a.C.) 81
256
 2 dígitos
Arquímedes
(s. III a. C.) 7
1
3
71
10
3   3 dígitos
Zu Chongzhi
(s. V d.C.) 113
355
 7 dígitos
Ludolph van Ceulen
Holanda 1596
Cálculos a lo
largo de su vida
35 dígitos
EXPERIMENTA:
Veamos a continuación el cálculo de π a partir de:
4. Los perímetros de los polígonos regulares de 2n+1
lados, inscritos y circunscritos a
una circunferencia de diámetro 1, obtenidos a partir de un cuadrado inicial (n=1)
A partir de la aplicación de geometría de la
calculadora (fx-9860GII, fx-CG20 o ClassPad),
dada una circunferencia de radio 0,5 obtener los
cuadrados circunscrito e inscrito y hallar los
perímetros.
A continuación realizar el cálculo del perímetro de los octágonos regulares
circunscrito e inscrito.
Imágenes correspondientes a la fx-CP400 ClassPad
Para los siguientes polígonos regulares de 16 y 32 lados respectivamente, la
graficación de los mismos se confunde con la circunferencia de diámetro 1.

3. Realiza los cálculos del perímetro con la ayuda de tus conocimientos de
trigonometría.
Rellena la tabla siguiente:
n
2n+1
lados del
polígono regular
Perímetro del
polígono regular
inscrito
Perímetro del
polígono regular
circunscrito
1 4 2,83 4
2 8 3,06 3,31
3 16
4 32
5. Los perímetros de los polígonos regulares de 3 · 2n
lados, inscritos y circunscritos a
una circunferencia de diámetro 1, obtenidos a partir de un hexágono regular inicial
(n=1)
A partir de la aplicación de geometría de la calculadora, dada una circunferencia de
radio 0,5 obtener los hexágonos regulares circunscrito e inscrito y hallar los
perímetros.
A continuación realizar el cálculo del perímetro de los dodecágonos regulares
circunscrito e inscrito.
Para los siguientes polígonos regulares de 24 y 48 lados respectivamente, la
graficación de los mismos se confunde con la circunferencia de diámetro 1.
Realiza los cálculos del perímetro con la ayuda de tus conocimientos de
trigonometría.
Rellena la tabla siguiente:
n
3·2n
lados del
polígono regular
Perímetro del
polígono regular
inscrito
Perímetro del
polígono regular
circunscrito
1 6 2,83 4
2 12 3,06 3,31
3 24
4 48
6. Redacta un pequeño texto explicativo del procedimiento realizado que incluya las
dos siguientes preguntas:
a. ¿Qué relación existe entre la longitud de una circunferencia y el perímetro de
los polígonos regulares?
b. ¿Por qué escogemos una circunferencia de diámetro 1?

4. El reto matemático de encontrar más dígitos de π utilizando este algoritmo
poligonal se mantuvo hasta el siglo XVI. Ludolph van Ceulen (1540-1610), un
holandés, alcanzó 35 dígitos de π en 1630, con un polígono regular de 262
lados.
http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/Biographies/Van_Ceulen.html
Sin embargo, podemos encontrar al instante 50 dígitos de π con la calculadora
online Keisan de Casio.
7. Accede al siguiente link y obtén el número π con sus primeros 35 dígitos.
http://keisan.casio.com/has10/SpecExec.cgi?id=system/2006/1354857068
8. ¿Te atreves a dar el número π con 50 dígitos?
Piensa que Ludolph pasó gran parte de su vida
dedicada al cálculo de 35 dígitos de π. He aquí una réplica de
la lápida de su tumba (la original desapareció) en la que
aparecen las 35 cifras del número π obtenidas por Ludolph
van Ceulen .
Fuente: https://mateturismo.wordpress.com/2010/05/27/pi-en-san-pedro-de-leiden/

5. ¿QUIERES SABER MÁS?
A partir del siglo XVII se utilizaran otros procedimientos basados en el análisis
matemático para la determinación del número π.
En el año 1400, el matemático indio Madhava descubrió una fórmula de π, que fue
redescubierta de forma independiente en Europa 200 años más tarde por los
matemáticos James Gregory y Gottfried Leibniz, mejorando por primera vez desde el
año 400 la aproximación de Zu Chongzhi. Esta fórmula se conoce como la serie de
Madhava o serie de Gregory-Leibniz.
http://keisan.casio.com/has10/SpecExec.cgi?id=system/2006/1355116324
http://keisan.casio.com/exec/system/1355116674
Desde la mitad del siglo XX en adelante, todos los cálculos de π se han hecho
con la ayuda de calculadoras o computadoras. En 1949, la primera computadora ENIAC
alcanzó 2.037 dígitos de π en 70 horas usando la fórmula de Machin. En 2002, un
equipo japonés llegó a 1.241 mil millones de dígitos de π por la fórmula Takano similar
utilizando el superordenador. Como la prueba de rendimiento del equipo, el equipo de
todos los países han estado compitiendo para convertirse en el número uno del mundo
en el cálculo de π.
En 1914, el genio matemático indio Ramanujan, encontró una fórmula que
convergía a π de forma exponencial. Murió a la edad de 32 años. En 1987, los hermanos
Chudnovsky desarrollaron una fórmula similar. Ellos construyeron un superordenador
hecho a mano en su casa y competían ferozmente con otros equipos para calcular π.
http://keisan.casio.com/exec/system/1355104874
Además, en 1976, Salamin y Brent descubrieron la nueva fórmula para el
cálculo de π con un gran número de dígitos mediante el uso de de la media aritmética-
geométrica de Gauss. Esta fórmula tiene la convergencia cuadrática, y el número de
dígitos correctos se duplica cada iteración, por ejemplo, 5, 10 y 20 dígitos. Después de
40 iteraciones, el número de dígitos correctos es 1 billón. En el futuro se prevé que los
nuevos superalgoritmos determinarán π de manera rápida y precisa sin basarse en el
rendimiento de los ordenadores.
http://keisan.casio.com/has10/SpecExec.cgi?id=system/2006/1355108617
9. Investiga cuál es la máxima precisión (nº de decimales necesario) del número π que
se necesita en la actualidad para realizar cálculos en ciencia y tecnología en la
actualidad.