2024 九州工業大学 総合型選抜Ⅰ

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2024 九州工業大学 総合型選抜Ⅰ

易□ 並□ 難□

【1】 数学において最も有名な無理数の一つに円周率 π がある.円周率が 3 より少し大きいことは古代エジプトやバビロニア,インド,ギリシアの幾何学者の間では知られており, 5 世紀には中国の祖冲之が小数点以下 6 桁まで求めることに成功している.日本では 17 世紀前半頃に円を対象とした和算的研究である「円理」が始まる.その最初のテーマの一つが円周率を数学的に計算する努力であり,村松茂清が『算爼(さんそ)』において幾何的な方法で小数点以下 21 桁まで算出している.これは実際の値と小数第 7 位まで一致している.その後,関孝和が小数第 16 位まで現代の値と同じ数値を算出した.

  20 世紀以降,計算機の発達により計算された円周率の桁数は飛躍的に増大した. 1949 年に電子計算機ENIACを使い 72 時間かけて,円周率は 2037 桁まで計算された.その後のスーパーコンピュータの開発とともに効率の良いアルゴリズムの考案も進み, 1973 年には 100 万桁を超えた.また, 1995 年には東京大学のグループにより開発された「スーパー π 」 は相加平均と相乗平均を用いる「ガウス=ルジャンドルのアルゴリズム」を利用した円周率の算出方法を利用しており,このプログラムは,コンピュータの計算速度チェックにも用いられるようになるなど,副次的な利用法も広まった.

 近年では, 2022 年 6 月にGoogleの技術者である岩尾エマはるか氏が,Google Cloudで 157 日 23 時間かけて 100 兆桁を計算したと発表されたり, 2023 年 5 月には日本の高校生が発表した「高校生でも理解できる円周率の求め方」が,オーストラリアの国立ニューサウスウェールズ大学発行の数学雑誌に掲載されたりするなど,今なお円周率 π は追求されている.そこで,中学生と一緒に円周率 π を求めることを考える.

問1 円周率とはどのような数のことか説明せよ.

 また,円周率 π を小数点以下 1 〜 2 桁(有効数字 2 〜 3 桁)の精度でよいので求めたい.値を求めるための方法を複数答えよ.

問2 大学生のあなたは,実験を通して数学に慣れ親しんでもらうように,中学生がチームで円周率 π を求める実験ワークショップを企画することとなった.問1で挙げた方法のうち 2 つを用いる企画を考案し,記述せよ.なお, 2 つの実験結果を比較し,考察する活動が含まれていることが望ましい.

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