Berechnung der Kreiszahl Pi (eine schrittweise Annäherung)

Wie können wir die Kreiszahl Pi berechnen?

Was ist Pi?

Pi ist die Konstante, welche angibt, wie viel mal länger die Kreislinie als der Durchmesser ist. Also: Kreisumfang u = Durchmesser · π
Der Taschenrechner hat π gespeichert als 3.14159265359, also mit 11 Nachkommastellen.

Können wir diese Konstante π selber berechnen?

Idee: Annäherung der Kreislinie über Vielecke

In einen Kreis wird ein regelmässiges Sechseck gezeichnet. Der Radius des Kreises sei 1.
Das Sechseck kann man sich aus 6 gleichseitigen Dreiecken mit der Seite 1 denken.
Wird nun die Sechseck-Linie als erste Annäherung an die Kreislinie gesehen, erhalten wir einen Umfang von u = 6.

Die Kreis-Umfangsformel u = 2 r π wird nun nach π aufgelöst (beide Seiten dividieren durch 2r).
r ist 1. Pi wird somit in der ersten Annäherung geschätzt als π = 6 / 2 = 3

Pi wird genauer, wenn wir den Umfang eines 12-Ecks berechnen. Wir sehen, dass sich die grüne 12-Eck-Linie schon viel näher an die Kreislinie anschmiegt.

pi-Berechnung 12-Eck    Berechnung 12-Ecks-Seite

In der Abbildung rechts sehen wir, wie man die 12-Eck-Seite berechnet:

Der Radius ist gleich 1.
Die Radien und die 6-Eck-Seite bilden zwei rechtwinklige Dreiecke.

Schritt 1

Die Kathete x kann mit dem Pythagoras berechnet werden: x = Wurzel (12 – 0.52) = 0.866025404

Schritt 2

Die Kathete y ist die Differenz zwischen dem Radius 1 und x. y = 0.133974596

Schritt 3

Nun kann mit den beiden bekannten Katheten die Hypotenuse z (12-Ecks-Seite) berechnet werden: z = Wurzel (0.52 + y2) = 0.51763809

Annäherung von Pi mit dem 12-Eck

Zwölfeck-Umfang u = 2 r π
π ≈ 3.10582854123025

Annäherung an π bis zu einem sehr genauen Wert

Um einen genauen Wert von Pi zu erhalten, müssen nun schrittweise die Ecken verdoppelt werden. Wie schon vorher ein 12-Eck aus dem 6-Eck gewonnen wurde, kann nun ein 24-Eck berechnet werden, danach ein 48-Eck usw. Also

6-Eck
12-Eck
24-Eck
48-Eck
96-Eck
192-Eck
….
….
Von Hand eine aufwändige Sache… Darum zeige ich auf der nächsten Seite:

Wie man Pi mit einem Tabellen-Kalkulationsprogramm berechnet.