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Zahl Pi XXL

Zahl Pi XXL

Gregory-Machin-Formel

Idee

Die schlechte Approximationsgüte der Gregory-Formel für \(\pi/4\) kommt daher, daß man in die Formel für \(\arctan x\) den Wert \(x=1\) einsetzt. Wenn man \(\pi\) mit Werten von \(\arctan x\) in Verbindung bringen könnte, bei denen \(0<x<1\) ist, so wäre die Approximation viel besser. Denn der Faktor \(x^{2n+1}\) in Abschätzung (29) wird sehr schnell klein mit wachsendem \(n\).

Einfache Version

Der Schlüssel dafür ist das Additionstheorem für den Tangens:

\begin{equation*}   \tan (\alpha+\beta) =\frac{\tan\alpha + \tan\beta}{1-\tan\alpha   \cdot\tan\beta}  \end{equation*}

Setzt man \(\alpha=\arctan(1/2)\) und \(\beta=\arctan(1/3)\), so ergibt sich

\begin{equation*}   \tan(\alpha+\beta)= \frac{1/2+1/3}{1-   (1/2)\cdot (1/3)} = 1   \end{equation*}

und damit \(\alpha+\beta=\pi/4\). Also ist

\begin{equation*}    \frac{\pi}{4} = \arctan\big(\frac{1}{2}\big) + \arctan\big(   \frac{1}{3}\big) . \end{equation*}

Hier kann die Gregory-Formel mit \(x=1/2\) und \(x=1/3\) benutzt werden.