Il problema di Basilea chiede: qual è il valore esatto di 1 + 1/4 + 1/9 + 1/16 + ⋯? La serie converge, ma a che cosa? Pietro Mengoli lo pose nel 1650. Sconcertò tutti i matematici per 84 anni, finché Euler lo risolse nel 1734 all'età di 28 anni.
Partial sums approach π²/6 ≈ 1.6449 slowly. Euler proved the limit equals π²/6 in 1734, connecting analysis to geometry.
La dimostrazione di Euler fattorizzava la serie di Taylor di sin(x)/x come un prodotto infinito sui suoi zeri ±π, ±2π, ±3π… Confrontando il coefficiente di x² della forma di prodotto con il coefficiente della serie di Taylor si ottiene direttamente Σ 1/n² = π²/6. È uno dei calcoli più celebri della matematica, e il motivo per cui π compare qui non è una coincidenza: cerchi e sfere hanno connessioni naturali con le somme sugli interi attraverso la funzione zeta di Riemann.
Each term 1/n^2 decreases rapidly. Their sum converges to exactly pi^2/6 ~1.6449.
Il risultato si generalizza: ζ(4) = π⁴/90, ζ(6) = π⁶/945, e tutti i valori zeta pari sono multipli razionali di potenze di π. I valori dispari ζ(3), ζ(5), ζ(7)… sono molto più misteriosi. Apéry dimostrò nel 1978 che ζ(3) è irrazionale, ma non si conosce alcuna forma chiusa in termini di π.
La probabilità che due interi scelti a caso non abbiano fattori comuni (siano coprimi) è esattamente 6/pi^2, il reciproco di pi^2/6. È circa il 60,8%. Questo collega direttamente il problema di Basilea alla teoria dei numeri e alla probabilità.