Jump to content

Серия Мадхава

В математике ряд Мадхавы — одно из трёх разложений ряда Тейлора для синуса , косинуса и арктангенса, функций открытых в 14 или 15 веке в Керале , Индия , математиком и астрономом Мадхавой из Сангамаграмы (ок. 1350 — ок. 1425). или его последователи в Керальской школе астрономии и математики . [1] Используя современные обозначения, это следующие серии:

Все три серии позже были независимо обнаружены в Европе 17 века. Ряды синуса и косинуса были заново открыты Исааком Ньютоном в 1669 году. [2] а ряд арктангенсов был заново открыт Джеймсом Грегори в 1671 году и Готфридом Лейбницем в 1673 году. [3] и условно называется серией Грегори . Конкретное значение можно использовать для вычисления постоянной окружности π , а арктангенсный ряд для 1 условно называют рядом Лейбница .

Мадхавы В знак признания приоритета в современной литературе эти серии иногда называют сериями Мадхавы-Ньютона . [4] Серия Мадхава-Грегори , [5] или Мадхавы – Лейбница серия [6] (среди других комбинаций). [7]

Ни одна из сохранившихся работ Мадхавы не содержит явных утверждений относительно выражений, которые сейчас называются сериями Мадхавы. Однако в трудах более поздних математиков керальской школы Нилаканты Сомаяджи и Джьештхадевы можно найти недвусмысленное приписывание этих рядов Мадхаве. Эти более поздние работы также включают доказательства и комментарии, которые показывают, как Мадхава мог прийти к этой серии.

Серия Мадхавы в «Собственных словах Мадхавы» [ править ]

Ни одно из произведений Мадхавы, содержащее какие-либо приписываемые ему серии выражений, не сохранилось. Эти ряды выражений встречаются в трудах последователей Мадхавы в школе Кералы . Во многих местах эти авторы ясно заявляли, что это «так, как сказал Мадхава». Таким образом, можно с уверенностью предположить, что изложения различных серий, встречающиеся в «Тантрасамграхе» и комментариях к ней, сделаны «собственными словами Мадхавы». Ниже воспроизводятся переводы соответствующих стихов, приведенные в «Юктидипике» комментарии к «Тантрасамграхе» (также известному как «Тантрасамграха-вьякхья ») в Шанкары Вариара (около 1500–1560 гг. н.э.) . Затем они отображаются в текущих математических обозначениях. [8] [9]

Мадхавы Синусоидальный ряд

По словам Мадхавы [ править ]

Синусоидальная серия Мадхавы изложена в стихах 2.440 и 2.441 в Юкти-дипика комментарии ( Тантрасамграха-вьякья ) Шанкары Вариара . Далее следует перевод стихов.

Умножьте дугу на квадрат дуги и повторите результат (любое количество раз). Разделите на квадраты последовательных четных чисел (таких, чтобы текущее умножалось на предыдущее), умноженное на это число и умноженное на квадрат радиуса. Поместите дугу и полученные таким образом последовательные результаты один под другим и вычтите каждый из предыдущего. Вместе они дают дживу [синус], собранную вместе в стихе, начинающемся с «видван» и т. д.

Рендеринг в современных обозначениях [ править ]

Пусть r обозначает радиус круга, а s — длину дуги.

  • Сначала формируются следующие числители:
  • Затем они делятся на количества, указанные в стихе.
  • Поместите дугу и полученные таким образом последовательные результаты один под другим и вычтите каждый из предыдущего, чтобы получить дживу :

Преобразование в текущие обозначения [ править ]

Пусть θ — угол, образуемый дугой s в центре круга. Тогда s = r θ и джива = r sin θ . Подставив их в последнее выражение и упростив, получим

что представляет собой в ряд разложение синусоидальной функции по бесконечным степеням.

Мадхавы для численных Переформулировка вычислений

Последняя строка в стихе, собранная вместе в стихе, начинающемся с «видван» и т. д. , является ссылкой на переформулировку ряда, введенную самим Мадхавой, чтобы сделать ее удобной для простых вычислений для заданных значений дуги и радиуса. .Для такой переформулировки Мадхава рассматривает круг, четверть которого имеет длину 5400 минут (скажем, C минут), и разрабатывает схему для простых вычислений джив различных дуг такого круга. Пусть R — радиус круга, четверть которого равна С.Мадхава уже вычислил значение π, используя свою формулу ряда для π . [10] Используя это значение π , а именно 3,1415926535922, радиус R вычисляется следующим образом:Затем

R = 2 × 5400 / π = 3437,74677078493925 = 3437 угловых минут 44 угловых секунды 48 шестидесятых угловой секунды = 3437’ 44’’ 48’’’.

Выражение Мадхавы для дживы , соответствующей любой дуге круга радиуса R, эквивалентно следующему:

Мадхава теперь вычисляет следующие значения:

Нет. Выражение Ценить Значение в системе Катапаяди
   1    Р × ( π / 2) 3 / 3!       2220′   39′′   40′′′    ни-рви-ддха-нга-на-ре-ндра-рунг 
   2    Р × ( π / 2) 5 / 5!       273′   57′′   47′′′    са-рва-ртха-ши-ла-стхи-ро 
   3    Р × ( π / 2) 7 / 7!       16′   05′′   41′′′    ка-ви-ша-ни-ча-йа 
   4    Р × ( π / 2) 9 / 9!       33′′   06′′′    ту-нна-ба-ла 
   5    Р × ( π / 2) 11 / 11!       44′′′    ви-дван 

Теперь дживу можно вычислить по следующей схеме:

джива знак равно s - ( s / C ) 3 [ (2220′ 39′′ 40′′′) - ( s / C ) 2 [ (273′ 57′′ 47′′′) - ( s / C ) 2 [ (16′ 05′′ 41′′′) - ( s / C ) 2 [ (33'' 06''') - ( s / C ) 2 (44′′′ ) ] ] ] ].

Это дает аппроксимацию дживы ее полиномом Тейлора 11-го порядка. Он включает в себя только одно деление, шесть умножений и пять вычитаний. Мадхава описывает эту численно эффективную вычислительную схему в следующих словах (перевод стиха 2.437 в «Юкти-дипике »):

ви-дван, ту-нна-ба-ла, ка-ви-ша-ни-ча-йа, са-рва-ртха-ши-ла-стхи-ро, ни-рви-ддха-нга-на-ре- ндра-рунг. Последовательно умножьте эти пять чисел по порядку на квадрат дуги, разделенный на четверть окружности (5400 футов), и вычтите из следующего числа. (Продолжите этот процесс с полученным таким образом результатом и следующим числом.) Умножьте окончательный результат на куб дуги, разделенный на четверть окружности, и вычтите из дуги.

Мадхавы Косинусный ряд

По словам Мадхавы [ править ]

Косинусный ряд Мадхавы изложен в стихах 2.442 и 2.443 в Юкти-дипика комментарии ( Тантрасамграха-вьякхья ) Шанкары Вариара . Далее следует перевод стихов.

Умножьте квадрат дуги на единицу измерения (т. е. на радиус) и повторите результат (любое количество раз). Разделите (каждый из приведенных выше числителей) на квадрат последовательных четных чисел, уменьшенных на это число и умноженных на квадрат радиуса. Но первый член (сейчас) (тот, который есть) делится на двойной радиус. Поместите полученные таким образом последовательные результаты один под другим и вычтите каждый из предыдущего. Вместе они дают шару, собранную вместе в стихе, начинающуюся со слов stena, stri и т. д.

Рендеринг в современных обозначениях [ править ]

Пусть r обозначает радиус круга, а s — длину дуги.

  • Сначала формируются следующие числители:
  • Затем они делятся на количества, указанные в стихе.
  • Поместите дугу и полученные таким образом последовательные результаты один под другим и вычтите каждый из предыдущего, чтобы получить śara :

Преобразование в текущие обозначения [ править ]

Пусть θ — угол, образованный дугой s в центре круга. Тогда s = и śara = r (1 − cos θ ). Подставив их в последнее выражение и упростив, получим

что дает разложение косинуса в ряд по бесконечной степени.

Мадхавы для численных Переформулировка вычислений

Последняя строка стиха, «собранная вместе в стихе, начинающемся со слов стенна, стри и т. д. », является отсылкой к переформулировке, введенной самим Мадхавой, чтобы сделать ряд удобным для простых вычислений для заданных значений дуги и радиуса.Как и в случае с синусоидальным рядом, Мадхава рассматривает круг, четверть которого имеет продолжительность 5400 минут (скажем, C минут), и разрабатывает схему для простых вычислений шар различных дуг такого круга. Пусть R — радиус круга, четверть которого равна C. Тогда, как и в случае с синусоидальным рядом, Мадхава получает R = 3437' 44'' 48'''.

Выражение Мадхавы для шары , соответствующей любой дуге s круга радиуса R, эквивалентно следующему:

Мадхава теперь вычисляет следующие значения:

Нет. Выражение Ценить Значение в системе Катапаяди
   1    Р × ( π / 2) 2 / 2!       4241′   09′′   00′′′    у-на-дха-на-крит-бху-ре-ва 
   2    Р × ( π / 2) 4 / 4!       872′   03′′   05 ′′′    ми-на-нго-на-ра-сим-ха 
   3    Р × ( π / 2) 6 / 6!       071′   43′′   24′′′    бха-дра-нга-бха-вья-са-на 
   4    Р × ( π / 2) 8 / 8!       03′   09′′   37′′′    ухо со мной со мной 
   5    Р × ( π / 2) 10 / 10!       05′′   12′′′    стри-пи-шу-на 
   6    Р × ( π / 2) 12 / 12!       06′′′    ты включен 

Теперь шару : можно вычислить по следующей схеме

Шара = ( s / C ) 2 [ (4241' 09'' 00''') - ( s / C ) 2 [ (872' 03'' 05'') − ( s / C ) 2 [ (071' 43'' 24''') - ( s / C ) 2 [ (03' 09'' 37''') - ( s / C ) 2 [(05′′ 12′′′) − (s/C) 2 (06′′′) ] ] ] ] ]

Это дает аппроксимацию Шары ее полиномом Тейлора 12-го порядка. Это также включает только одно деление, шесть умножений и пять вычитаний. Мадхава описывает эту численно эффективную вычислительную схему в следующих словах (перевод стиха 2.438 в «Юкти-дипике »):

Шесть стен: стрипишуна, сугандхинагануд, бхадрангабхавьясана, минангонарасимха, унадханакритбхурева. Умножьте на квадрат дуги, разделенный на четверть окружности, и вычтите из следующего числа. (Продолжайте с результатом и следующим числом.) Окончательным результатом будет уткрама-джья (знак R).

Арктангенсный ряд Мадхавы [ править ]

По словам Мадхавы [ править ]

Арктангенсальная серия Мадхавы изложена в стихах 2.206–2.209 в Юкти-дипика комментарии ( Тантрасамграха-вьякхья ) Шанкары Вариара . Ниже приводится перевод стихов. [11] Джьештхадева также дал описание этой серии в «Юктибхасе» . [12] [13] [14]

Теперь, с помощью точно такого же рассуждения, можно (сделать) определение дуги искомого синуса. То есть: Первый результат — это произведение искомого синуса и радиуса, деленное на косинус дуги. Когда кто-то сделал квадрат синуса множителем, а квадрат косинуса делителем, теперь группа результатов должна быть определена из (предыдущих) результатов, начиная с первого. Когда они делятся по порядку на нечетные числа 1, 3 и т. д. и когда сумма четных (-нумерованных) результатов вычитается из суммы нечетных (единиц), это должна быть дуга. Здесь искомым (синусом) требуется считать меньший из синуса и косинуса. В противном случае не было бы прекращения результатов, даже если они были бы неоднократно (вычислены).

С помощью того же рассуждения длину окружности можно вычислить и другим способом. То есть (следующее): Первый результат должен быть квадратным корнем из квадрата диаметра, умноженного на двенадцать. С этого момента результат следует делить на три (в) каждом последующем (случайе). Если их разделить по порядку на нечетные числа, начиная с 1, и вычесть (четные) результаты из суммы нечетных, (это) должна быть длина окружности.

Рендеринг в современных обозначениях [ править ]

Пусть s будет дугой искомого синуса ( jya или jiva ) y . Пусть r — радиус, а x — косинус ( котийя ).

  • Первый результат .
  • Формируем множитель и делитель .
  • Сформируем группу результатов:
  • Они делятся по порядку на цифры 1, 3 и т. д.:
  • Сумма нечетных результатов:
  • Сумма четных результатов:
  • Дуга теперь определяется выражением

Преобразование в текущие обозначения [ править ]

Пусть θ — угол, образованный дугой s в центре круга. Тогда s = r θ, x = kotijya = r cos θ и y = jya = r sin θ.Тогда y / x = tan θ. Подставив их в последнее выражение и упростив, получим

  • .

Полагая tan θ = q, мы наконец имеем

Другая формула длины окружности [ править ]

Во второй части цитируемого текста указана другая формула для вычисления длины окружности c круга диаметром d . Это происходит следующим образом.

Поскольку c = π d, это можно переформулировать в формулу для вычисления π следующим образом.

Это получается заменой q = (следовательно, θ = π /6) в разложении в степенной ряд для tan −1 q выше.

Сравнение сходимости различных бесконечных рядов для числа π [ править ]


Сравнение сходимости двух рядов Мадхавы (того, что с 12 темно-синим цветом) и нескольких исторических бесконечных рядов для π . Sn аппроксимация после взятия n членов. Каждый последующий подграфик увеличивает заштрихованную область по горизонтали в 10 раз. (нажмите для подробностей)

См. также [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ^ Гупта 1987 ; Кац 1995 ; Рой 2021 , гл. 1. Серия Power в Керале пятнадцатого века, стр. 1–22.
  2. ^ Ньютон (1669 г.) Об анализе уравнений с бесконечным числом членов был распространен в виде рукописи, но не публиковался до 1711 г. Контекст см.:
    Рой 2021 , гл. 8. Об анализе с помощью бесконечных уравнений , с. 165–185.
    Позже Лейбниц включил серию для синуса и косинуса в книгу Лейбница (1676) Dequadatura arithmetica circuli ellipseos et Hyperbola cujus corollarium est trigonometria sine tabulis прислал ему ряды Ньютона по синусам и косинусам. , которая была наконец опубликована только в 1993 году. Однако Генри Ольденбург в 1675 году и не утверждал, что открыл их. Видеть:
    Пробст, Зигмунд (2015). «Лейбниц как читатель и второй изобретатель: случаи Барроу и Менголи». В Гете, Н.; Били, П.; Рабуэн, Д. (ред.). Г.В. Лейбниц, Взаимосвязь математики и философии . Архимед. Том. 41. Спрингер. стр. 111–134. дои : 10.1007/978-94-017-9664-4_6 . ISBN  978-94-017-9663-7 .
  3. Грегори получил письмо от Джона Коллинза, включающее ряды синусов и косинусов Ньютона, в конце 1670 года. Он открыл общий ряд Тейлора и в 1671 году отправил Коллинзу теперь знаменитое письмо, включающее несколько конкретных рядов, включая арктангенс. См. Рой, 1990 .
    Хорват, Миклош (1983). «О лейбницевой квадратуре круга» (PDF) . Анналы Будапештского университета наук (компьютерный раздел) . 4 : 75–83.
  4. ^ Например:
    Плофкер, Ким (2005). «Отношения между приближениями синуса в математике Кералы». В Эмче — Жерар Г.; Шридхаран, Р.; Шринивас, доктор медицины (ред.). Вклад в историю индийской математики . Гургаон: Книжное агентство Индостан. стр. 135–152. дои : 10.1007/978-93-86279-25-5_6 . ISBN  978-81-85931-58-6 .
    Филали, Махмуд (2012). «Гармонический анализ и приложения». Кибернет . 41 : 129–144. дои : 10.1108/03684921211213160 . S2CID   206377839 .
  5. ^ Например: Гупта 1973 ; Джозеф 2011 , с. 428;
    Леври, Пол (2011). «Потерянные и найденные: неопубликованное ζ (2) -доказательство». Математический интеллект . 33 : 29–32. дои : 10.1007/s00283-010-9179-y . S2CID   121133743 .
  6. ^ Например: Гупта 1992 ;
    Пувро, Дэвид (2015). «Об ускорении сходимости ряда Мадхавы-Лейбница» . Квадратура (на французском языке). 97 :17–25.
    Янг, Пол Томас (2022). «От Мадхавы – Лейбница до предела Лемера». Американский математический ежемесячник . 129 (6): 524–538. дои : 10.1080/00029890.2022.2051405 . S2CID   247982859 .
  7. ^ Например,
    Серия Мадхавы – Грегори – Лейбница : Бенко, Дэвид; Молокач, Джон (2013). «Базельская проблема как перестановка рядов». Математический журнал колледжа . 44 (3): 171–176. дои : 10.4169/college.math.j.44.3.171 . S2CID   124737638 .
    Серия Мадхавы – Лейбница – Грегори : Данези, Марсель (2021). «1. Открытие π и его проявлений». Пи ( π ) в природе, искусстве и культуре . Брилл. стр. 1–30. дои : 10.1163/9789004433397_002 . ISBN  978-90-04-43337-3 . S2CID   242107102 .
    Серия Нилаканта – Грегори : Кэмпбелл, Пол Дж. (2004). «Борвейн, Джонатан и Дэвид Бейли, Математика путем эксперимента ». Отзывы. Журнал «Математика» . 77 (2): 163. дои : 10.1080/0025570X.2004.11953245 . S2CID   218541218 .
    Формула Грегори-Лейбница-Нилаканты : Гавронская, Наталья; Слота, Дамиан; Витула, Роман; Зеленка, Адам (2013). «Некоторые обобщения степенных рядов Грегори и их приложения» (PDF) . Журнал прикладной математики и вычислительной механики . 12 (3): 79–91. дои : 10.17512/jamcm.2013.3.09 .
  8. ^ Сумка 1976 .
  9. ^ Раджу 2007 , стр. 114–120.
  10. ^ Раджу 2007 , стр. 119.
  11. ^ Раджу 2007 , стр. 231.
  12. ^ О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф. (2000). «Мадхава Сангамаграммы» . MacTutor Архив истории математики .
  13. ^ Гупта 1973 .
  14. ^ Сарма 1972 .

Ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 31b263f58359541c5eca758aff47813f__1711561860
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/31/3f/31b263f58359541c5eca758aff47813f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Madhava series - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)