一道以祖冲之不等式为背景的24届中科大新生入学考试题的多种解法

有余力则学 2024-09-06 16:40:41

2024年中国科学技术大学新生入学考试题第10题题目如下:

这道题是以祖冲之不等式为背景的题目,涉及了刘徽的割圆术、弦矢互算以及祖冲之算圆周率的一些思想。下面先来介绍刘徽的割圆术及弦矢互算公式:

在此基础上,下面介绍一下祖冲之不等式:

可以看到,这里的引理2.2就是开头题目第一问的左侧不等式(这里的面积用S表示),利用这个引理的思路及弦矢互算公式,可以证明右侧的不等式:

关于其它引理,由于笔者材料不是很清楚,这里就不贴了。下面是笔者从网上摘录的另一个材料,正好可以把前边的补充上(就是弦矢标注的字母不同):

上面这个材料不但给出了祖冲之不等式的证明,而且给出了祖冲之计算圆周率的方法,利用该方法可以解答开头题目的第二问:

当然,这道题目还可以利用导数放缩来解答,天津求真高级中学的李老师给出了这题的另一种解法:

这道题目的第二问山东的毕老师给出了第三种解法:

最后,附上整套试题:

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有余力则学

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