追求完整的无理数：挑战手机计算器的极限

无理数是不能表示为两个整数之比的数，似乎有些“不讲道理”。很多无理数可以通过基础运算变成有理数或整数，而有些则无论怎样努力都不能变“完整”。本文介绍一个无理数，它本身即为三个无理数的组合，研究人员通过一个复杂的公式运算也只能得到它的近似值。但更重要的是，我们可以通过手机计算器来验证！

撰文 | 姬扬（中国科学院半导体研究所）

我们都知道，无理数（irrational number）“不讲理”。按整数标准，它们大多身形残缺，但是它们中间有很多数很有理想，总是想追求完整：有的是靠自己，有的是靠同志。

手机的计算器很强大，特别是它的科学计算器模式。例如它可以轻松地把圆周率π的值算到小数点后一百位。

为了便于大家亲自检验，我会介绍详细的操作过程。首先，打开手机自带的计算器（我的手机是华为P30），它有两个模式——竖版的“标准计算器”和横版的“科学计算器”，可以任意地选择切换。

进入“科学计算器”，就自动切换到横版，上方是两行的显示屏，下方是键盘。按“π”键，π就出现在显示屏的第一行，同时在第二行显示出它的数值，“3.1415...1971”。这一行可以显示42个数字或字符。通过触屏操作，我们可以对数字进行复制粘贴操作。

现在，我们来验证手机自带的π究竟算到了多少位。用π减去刚才得到的42位数字，即“π-3.1415…1971”。

按键盘的减号键“-”，显示屏的第一行就变为“π-”。用手指按第一行，会出现一个阴影区覆盖了所有的数字，同时出现两个键“复制”和“粘贴”；选择“粘贴”（注意，要保证光标位于这一行的最右边），就可以得到结果。

继续同样的操作，可以得到更多的位数。

从菜单里选择“历史纪录”，可以找到以前做的计算，比如说我刚做的把π算到100位。

算得对不对呢，我从网上找了π值小数点后200位，如下：

π= 3.1415926535 8979323846 2643383279 5028841971 6939937510 5820974944 5923078164 0628620899 8628034825 3421170679 8214808651 3282306647 0938446095 5058223172 5359408128 4811174502 8410270193 8521105559 6446229489 5493038196 。

跟上面的图片对照一下就可以看到，手机计算器的结果有115位小数，全部正确。使用这一方法显然还可以算更多位，但是究竟能算多少位，我没有试验，毕竟用手机操作复制和粘贴太麻烦了。

值得一提的是，这个表现比我的PC电脑系统附带的计算器厉害。利用类似的操作，PC系统的计算器可以得到“π= 3.14...... 6939931148 ”（第41-50位应该是6939937510），从小数点后第47位开始就错了。

电脑计算器计算π-3.141…2795的值，在第47位时错误。

网上的π值就一定正确吗？它可能是正确的，也有可能手机计算器特地保留了π的很多位数，也许藏在哪里备用呢。

是不一样。仔细观察可以看出，两部计算器的第一次计算结果应是相同的：计算机的结果最后的4位数字是9871；而手机对应的位置是9870，其后面还有9个数字“892347382”。当用电脑计算器做减法后，得到的结果是“-1.076524...”，前面还有一个负号。考虑到负号，这两个计算结果一直到我们手机显示的倒数第三位，也就是3（手机计算）和4（电脑计算），这里确实有差别。我觉得，相比于电脑，我们还是相信手机好了，毕竟它给出的位数更多，而且计算的π值也跟网上的结果一样。

我也用电脑的计算器算过，虽然也能见证它们仨追求完整的过程，但是在小数点后几十的地方，仍然给出了不同的结果。

我找到了一篇介绍性的文章[1]，看得一头雾水，但也不是没有收获。除了找到前面用的那个公式以外，我还发现——可能大家也都知道——数学家的数学虽然很好，但是他们算术不一定强，经常会搞错个符号之类的。正如文中所示，作者在欢呼成功之前的最后两行公式中“196884”前面的符号不一样，肯定有一个是错的——而且我肯定，是最后那行里的错了。

参考文献

[1] https://www.isibang.ac.in/~sury/episq163.pdf

本文受科普中国·星空计划项目扶持
出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

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