宇宙

4.ストーマーの公式によるπの計算方法

(1)公式の展開

・それではいよいよ計算の仕方を考えてみます。
まずはストーマーの公式を具体的に記述します。 第1第2及び第3項を級数展開すると下式のようになります。








さらに、後で計算しやすいように、少し変形します。それと第n項もきちんと書いておきます。

------(A)
-------(B)
-------(C)



これらの級数の各項を必要な桁数計算し,最後に加算するとπが求まるわけです。


(2)計算精度の決め方

・たとえば、小数点以下N桁計算するなら,(A)に着目して、不等式



を満たすL1番目の項以降は,計算する必要は無いわけです。
で、この式を変形して, この不等式を満たす最小のL1を求めれば良いわけです。

右辺を眺めると,第2項は単調減少することは明らかです。L1=1の時最大で,1.27です。L1=2では,1.00 L1=3 以降では1未満になります。つまり,項数を計算する上で,右辺第2項の部分はせいぜい2しか寄与しないのです。 従ってL1は下式で計算し、結果に2を加算すれば十分でしょう。



・これと同様に(B)についても調べてみましょう。



ですから、



となって,右辺第2項は,L2=1で0.757であり,最初から1未満です。従って,(B)については下式より必要な項数L2を 求めることができます。


・最後に(C)です。




右辺第2項は,L3=1では0.626であり,A’同様1未満の寄与しかしません。 L3は下式から計算すれば十分です。



これらからから,円周率の桁数に対して必要な項数を計算し,これを下の表にまとめておきます。上の説明の通り,2程度の寄与は有りますので,下表では2を加算してます。


表1 計算に必要な項数
計算桁数 (A) (B) (C)
100 57 30 23
1,000 555 286 212
10,000 5,533 2,849 2,104
>100,000< 55,367 28,477 21,024
1,000,000 553,656 284,760 210,227






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