พายในที่นี้ ไม่ใช่ที่ใช้ในเรือ ที่บางคนไม่พายแล้วยังเอาเท้าไปราน้ำ รวมทั้งไม่ใช่ขนมอบพาย ที่หลายๆคนชอบ แต่มันคือ “π”
พายตัวนี้ มันเก่าแก่เสียจนไม่รู้ว่า ใครคิดสร้างมันขึ้นมาตั้งแต่เมื่อไหร่ เพียงแต่ว่าสัญลักษณ์ “π” นี้เท่านั้นแหละ ที่เขียนกันขึ้นมาภายหลัง จนเป็นที่นิยมกันทั่วไป และอยู่คู่กับตำราให้เด็กทุกคนได้เรียนมาจนกระทั่งทุกวันนี้
นิยามของพายนั้นง่ายมาก เพราะมันคือ สัดส่วนระหว่างเส้นรอบวงกับเส้นผ่าศูนย์กลางของวงกลม
แต่ความง่ายของคำนิยามนั้นกลับทำให้มีความโกลาหลในการหาค่าของมัน
หลายคนอาจจะถามว่า มันไม่ใช่ 22/7 หรอกหรือ
คำตอบคือ 22/7 นี้เป็นแค่ค่าประมาณที่เป็นของขวัญเก่าแก่จากอาร์คิมิดีส ที่สะดวกใช้กันมานาน
อาร์คิมิดีส ใช้การสร้างวงกลมที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 7 หน่วย แล้วพยายามวัดเส้นรอบวงว่าเป็น 22 หน่วย … อย่างนี้ใช่รึเปล่า – ไม่ใช่ครับ – เขาคิดคำนวณเอา
อาร์คิมิดีสใช้วิธีสร้างรูปเหลี่ยมสองรูป อันหนึ่งล้อมรอบวงกลม อีกอันหนึ่งอยู่ภายในวงกลม เพราะรูปเหลี่ยมคำนวณระยะง่ายกว่า
ถึงแม้ว่า อาร์คิมิดีสจะไม่ได้คำนวณค่าพายตรงๆ แต่เนื่องจากวงกลม อยู่ระหว่างรูปเหลี่ยม เขาจึงสามารถบอกได้ว่า ค่าพายอยู่ระหว่างเท่าไหร่ถึงเท่าไหร่ ก็คือค่าที่คำนวณจาก เส้นรอบรูปเหลี่ยมทั้งสองรูปต่อเส้นผ่าศูนย์กลางนั่นแหละ
ยิ่งมากเหลี่ยมขึ้นเท่าไหร่ รูปเหลี่ยมที่อยู่ทั้งข้างในและข้างนอก ก็จะยิ่งบีบเข้าใกล้วงกลมมากขึ้นเท่านั้น ช่วงของค่า π จึงแคบเข้ามา ใกล้ค่าที่แท้จริงมากยิ่งขึ้น
อาร์คิมิดีสใช้ 96 เหลี่ยม เขาคำนวณค่าของ π ว่าอยู่ระหว่าง 22/7 (ประมาณ 3.1429) กับ 223/71 (ประมาณ 3.1408) เทียบกับค่าที่แท้จริงของ π ที่ประมาณ 3.1416 ก็ถือว่าใช้ได้ เนื่องจากทศนิยมถูกถึง 2 ตำแหน่ง ค่าประมาณ 22/7 จึงใช้กันมาถึงทุกวันนี้ เพราะจำง่ายกว่า 223/71
การหาค่าของ π ด้วยวิธีแปลกๆก็มี เช่นวิธีที่เรียกว่า “Monte Carlo” โดยสร้างวงกลมในสี่เหลี่ยมจัตุรัส แล้วเอาปากกาจิ้มให้เต็มสี่เหลี่ยม แต่ต้องนับครั้งไปด้วยนะ บางคนก็ดัดแปลงให้สนุกขึ้นไปอีก เช่นเปลี่ยนเป็นการปาลูกดอก ว่าเข้าเป้าวงกลมกี่ครั้ง เสร็จแล้วก็เอามาคำนวณหาค่า π โดยเอาจำนวนครั้งที่อยู่ในวงกลม คูณด้วย 4 แล้วหารด้วยจำนวนครั้งทั้งหมดเต็มสี่เหลี่ยม – ยิ่งทำจำนวนครั้งเยอะๆ ก็จะยิ่งใกล้ค่า π เข้าไปเรื่อยๆ
หลักการนี้ อธิบายง่ายๆก็คือถ้าจำนวนครั้งในการทำนั้นมากพอ จนกระจายไปเต็มพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส โอกาสหรือความเป็นไปได้ของจำนวนครั้งที่จะอยู่ในวงกลม ก็คือพื้นที่วงกลมต่อพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสที่อยู่ล้อมรอบวงกลมนั้น ถ้าวงกลมมีรัศมี 1 เส้นผ่าศูนย์กลางจะเป็น 2 พื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสจึงเป็น 4 และพื้นที่วงกลมคือ π (π คูณรัศมียกกำลังสอง ซึ่งก็คือ 1)
อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ ไม่ว่าจะทำจำนวนมากแค่ไหน ก็ยังคงเป็นการแสดงค่า π ในรูปของสัดส่วน คือตัวเลขสองตัวหารกัน จึงได้เป็นเพียงแค่ประมาณ ทั้งนี้เพราะ ค่าของ π เป็นค่าชนิดที่เรียกว่า irrational คือทำเป็นสัดส่วนไม่ได้ และจะหาค่าของมันเป็นตัวเลขให้เป๊ะๆออกมาก็ไม่ได้ เพราะจะมีทศนิยมยาวเหยียดไม่สิ้นสุด แถมไม่ซ้ำเดิมอีกด้วย
เลขทศนิยมของ π จึงมีหลากหลาย แม้แต่เลขวันเดือนปีเกิดของทุกคนก็อยู่ในเลขทศนิยมของ π ใครอยากจะทดสอบดู ก็ลองเข้าไปที่ mypiday ดอทคอม แล้วใส่วันที่เข้าไป ปล่อยให้เครื่องมัน run สักแป๊บ ก็จะได้ผลออกมาว่า อยู่ที่ทศนิยมที่เท่าไหร่ อาจจะอยู่ที่ตำแหน่งเป็นหมื่นเป็นแสน หรืออาจจะถึงล้านก็ได้นะ – ว้าว!
อาจจะมีคนสงสัยว่า แล้วเขามีวิธีคิดค่า π ออกมาได้ยังไง
เขาคำนวณจากอนุกรมที่ไม่รู้จบครับ ซึ่งมีหลากหลายมาก ยุคแรกๆ อนุกรมที่ใช้ก็ดูง่ายๆ ถึงแม้ว่าจะใช้ได้ แต่กว่าจะวิ่งเข้าหาคำตอบได้ก็นานเอาเรื่อง เช่นบางอนุกรม กว่าจะคำนวณให้ทศนิยมถูกสักแค่สี่หลัก อาจจะต้องใช้อนุกรมถึงร้อยตัว! ยุคหลังๆจึงมีการใช้อนุกรมที่มีฟังค์ชั่นทางตรีโกณมิติ มาให้เครื่องคอมพิวเตอร์ช่วยคำนวณด้วย ทำให้ได้ค่าทศนิยมมากขึ้นและเร็วขึ้น
ตอนแรกคิดว่าจะยกตัวอย่างอนุกรมที่เขาใช้คำนวณค่า π มาให้ดูด้วย แต่เปลี่ยนใจ เพราะถูกต่อว่ามาว่า ผมชักจะเขียนเรื่องยากเข้าทุกที ดังนั้น ถ้าใครอยากรู้จริงๆก็คงหาได้ไม่ยากครับ
แล้วเขาจะเอาค่า π ทศนิยมเป็นแสนเป็นล้านออกมาทำไมกัน ในเมื่อการคำนวณที่โหดหินที่สุดไม่ว่าจะกว้างไกลไปในจักรวาล หรือเล็กลงเหลือขนาดอะตอม การคำนวณใช้ค่า π เพียงแค่ทศนิยมสัก 40 ตำแหน่งก็เหลือเฟือ (ค่าคงตัวของพลังค์ หรือ planck constant ที่ใช้คำนวณพลังงานลึกลงไปในระดับอะตอม ต้องการทศนิยม 34 ตำแหน่ง)
เขาไม่ได้เอาตัวเลขทศนิยมเยอะของ π ไปทำอะไรหรอกครับ เพียงแค่เอาไว้ “ทดสอบคอมพิวเตอร์” นั่นเอง
เมื่อปี 1998 Yasumasa Kanada และ Daisuke Takahashi แห่งมหาวิทยาลัยโตเกียว ใช้คอมพิวเตอร์คำนวณหาค่า π ได้จำนวนทศนิยมมากกว่าห้าหมื่นล้านตำแหน่ง สูงสุดในสมัยนั้น (เป๊ะๆคือ 51,539,600,000 ตำแหน่ง)
ปัจจุบันนี้ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ สามารถคิดคำนวณทศนิยมค่า π ว่ากันเป็น ล้านล้าน ตำแหน่งแล้วครับ (13.3 trillion digits)
ค่าของ π ไม่ใช่เพียงแค่เอาไว้ใช้ทดสอบให้คอมพิวเตอร์คำนวณแข่งกันเท่านั้นนะครับ เขายังเอามาให้คนแข่งกัน “จำ” อีกด้วย
ทุกๆปี ในวันพาย (pi day) ซึ่งตรงกับวันที่ 14 มีนาคม (เพราะค่า π = 3.14…) สาวกผู้คลั่งไคล้คณิตศาสตร์ จะไปรวมกลุ่มกันตามสมาคมพาย ซึ่งมีอยู่มากมายเป็นพันแห่งทั่วโลก เพื่อเฉลิมฉลอง (สงสัยไปหาเรื่องกินพาย) และหนึ่งในกิจกรรมที่ขาดไม่ได้ คือ มาท่องค่าพายแข่งกัน ว่าใครจะจำค่าทศนิยมของพายได้มากที่สุด
จำนวนทศนิยมค่าของ π ที่แชมเปี้ยนเขาทำได้นั้น เห็นตัวเลขแล้วจะอึ้ง
ในปี 1981 แชมเปี้ยนความจำ คือคุณราชันย์ มหาเทวัน (Rajan Mahadevan) ชาวอินเดีย ที่เขาว่ากันว่าเป็นชาติที่มีความจำดีเยี่ยมโดยเฉลี่ย เขาจำค่า π ได้ถึงค่าทศนิยม 31,811 ตำแหน่ง!
ต่อมาในปี 1989 สถิติถูกทำลาย โดย Hideaki Tomoyori ชาวญี่ปุ่น ที่จำค่าทศนิยมค่า π ได้ถึง 40,000 ตำแหน่ง
ยังครับ ยังไม่หมด คนจีนไม่ยอมน้อยหน้า ในปี 2005 Lu Chao ทำสถิติใหม่ ทะลุขึ้นไปถึง 67,890 ตำแหน่ง และเป็นแชมเปี้ยนอย่างเป็นทางการ ที่บันทึกไว้ใน Guinness World Record จนถึงปี 2015 ที่อินเดียชิงแชมป์กลับ โดย Rajveer Meena ด้วยตัวเลข 70,000 ตำแหน่ง และเป็นแชมป์อย่างเป็นทางการจนถึงปัจจุบัน (ข้อมูลจากเวปไซต์ Guinness World Record อัพเดทเมื่อ 14 มีนาคม 2018) แม้ว่าจะมีการเรียกร้องจากญี่ปุ่น โดย Akira Haraguchi ว่า ตั้งแต่ปี 2005 เขาท่องได้ 83,431 ตำแหน่ง ปี 2006 ได้ 100,000 ตำแหน่ง และเมื่อวัน pi day ปี 2015 เขาท่องได้ถึง 111,701 ตำแหน่ง ซึ่งเขาก็พยายามติดต่อ Guinness ให้มาพิสูจน์ ก็ยังไม่สำเร็จสักที เลยได้เป็นแค่แชมเปี้ยนอย่างไม่เป็นทางการ
หลายคนอาจจะมองไม่เห็นประโยชน์ใดๆ ในการที่จะมานั่งท่องตัวเลขเยอะๆ ที่ใช้ทำอะไรก็ไม่ได้ แต่ถ้าเห็นว่าเป็นเรื่องงี่เง่า ก็ยังมีคนที่บ้ากว่า คือพิมพ์แต่ค่า π อย่างเดียว มีทศนิยมล้านตำแหน่งลงไปในเวปไซต์ ดูแล้วตาลายเลย สงสัยว่าจะทำเผื่อไว้ให้ใครที่อยากจะรู้ว่า ทศนิยมตำแหน่งที่ล้านของ π นั้นคือเลขอะไรละมั้ง – เลข 2 ครับ
แต่ก็น่าจะมีประโยชน์บ้างสักอย่างหนึ่ง คือใช้ฝึกความจำไงครับ และทำให้รู้ว่า ความจำนั้นมิใช่พรสวรรค์ แต่เป็นพรแสวง คือฝึกได้ และการจะฝึกให้จำได้เยอะๆ ก็ต้องฝึกโดยใช้ “ตัวช่วย”
ถ้าใครยังไม่มีตัวช่วย ลองจำประโยคที่เด็กฝรั่งใช้ช่วยเพื่อจำค่าพายนี่ดูสิครับ
“How I wish I could calculate Pi…”
3. 1 4 1 5 9 2…
ก็นับตัวอักษรเอาไง – ง่ายดีไหมล่ะครับ
… @_@ …
วัชระ นูมหันต์
29 กรกฎา 61
_________________
Ref: