圆周率 π

常数 π\pi(由余弦的最小正零点定义)

def.pi · 定义 · 初等函数

陈述

由 cos⁡\cos 的幂级数可以证明:cos⁡\cos 在 (0,2)(0, 2) 内恰有一个零点。把它记为 π/2\pi / 2,即

π:=2⋅min⁡{x>0:cos⁡x=0}\pi := 2 \cdot \min \{ x > 0 : \cos x = 0 \}

于是 cos⁡(π/2)=0\cos(\pi/2) = 0、sin⁡(π/2)=1\sin(\pi/2) = 1,而且 cos⁡\cos 与 sin⁡\sin 都以 2π2\pi 为周期。

说明

⭐ π\pi 在这里不是「周长与直径之比」—— 那是几何事实,要靠弧长理论才能证明。分析里的 π\pi 定义为余弦的最小正零点,于是周期、正交性、Fourier 展开全都从级数里长出来。

⭐ 存在性的关键一步:cos⁡0=1>0\cos 0 = 1 > 0 而 cos⁡2<0\cos 2 < 0(由级数估值:cos⁡2=1−2+1624−⋯\cos 2 = 1 - 2 + \frac{16}{24} - \cdots 的尾巴被控制住),由介值定理得到零点。唯一性靠 sin⁡>0\sin > 0 在 (0,2)(0, 2) 上(cos⁡′=−sin⁡\cos' = -\sin 且 sin⁡\sin 递增为正)。

⚠ 定义里用的是 min⁡\min,所以先要证明那个集合非空 —— 这正是上面说的介值定理那一步。

谁指向它(入边)

定义引用 1

参考

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