바닥 및 천장 기능

Floor and ceiling functions
바닥 및 천장 기능
바닥 기능
천장 기능

수학과 컴퓨터 과학에서 바닥 함수는 실수 x를 입력으로 받아들이고 x보다 작거나 같은 최대 정수인 바닥(x) 또는 "x"를 출력으로 제공하는 함수입니다.마찬가지로 천장 함수는 x를 x보다 크거나 같은 최소 정수(ceil(x) 또는 "x")[1]매핑합니다.

예를 들어 '2.4' = 2, '-2.4' = -3, '2.4' = 3, '-2.4' = -2 입니다.

종종 [x]로 표기되는 x의 적분 부분 또는 정수 부분은 x가 음이 아닌 경우 "x"로 정의되며,[citation needed] 그렇지 않은 경우 "x"로 정의됩니다.예를 들어 [2.4] = 2 및 [-2.4] = -2입니다.잘라내기 동작은 이것을 지정된 자리수로 일반화합니다.유효 자리수로의 잘라내기는 정수 부분과 동일합니다.

일부 저자는 x 기호에 관계없이 정수 부분을 바닥으로 정의하며 이에 [2]대한 다양한 표기법을 사용합니다.

n의 정수의 경우, n= n」= 「n」= 「n

x 플로어 'x' 천장 'x' 단수 부품 {x}
2 2 2 0
2.4 2 3 0.4
2.9 2 3 0.9
−2.7 −3 −2 0.3
−2 −2 −2 0

표기법

숫자의 정수 부분(원본에서는 파티 엔티에르)은 1798년 Adrien-Marie Legendre가 Legendre 공식의 증거로 처음 정의했습니다.

프리드리히 가우스는 그의 세 번째 2차 상호성 증명(1808)[3]에서 대괄호 표기법 [x]를 도입했다.이것은 케네스 E까지 수학의 표준으로[4] 남아있었다. 아이버슨은 1962년 저서 'A Programming Language'에서 '바닥'과 '천장'이라는 이름과 대응하는 표기법 'x'와 'x'[5][6]를 소개했다.이 글에서는 Iverson의 표기법을 따를 것이지만,[7] 두 표기법 모두 현재 수학에서 사용되고 있다.

일부 소스에서는 바닥에는 굵은 글씨 또는 이중 괄호 'x'가 사용되고 [8][9]천장에는 역괄호 'x' 또는 ]x[가 사용됩니다.때로는 [x]가 라운드 제로 [citation needed]함수를 의미하는 것으로 간주됩니다.

소수 부분은 톱니 함수로, 실수 x에 대해 {x}로 표시되고 공식에 의해 정의됩니다.

{x} = x - 420x[10]

모든 x에 대해서

0 ≤ {x} < 1

다음 문자는 Unicode로 제공됩니다.

  • U+2308 left 왼쪽 천장(&lceil;, & 왼쪽 천장;)
  • U+2309 right 우측 천장(&rceil;, 우측 천장;)
  • U+230A left 왼쪽 바닥(&left Floor;, &lfloor;)
  • U+230B right RIGHT FLOOR (&rfloor;, &Right Floor;)

LaTeX 조판 시스템에서 이러한 기호는 다음과 같이 지정할 수 있습니다.\lfloor, \rfloor, \lceil그리고.\rceil연산 모드의 명령 및 를 사용하여 크기를 확장합니다.\left\lfloor, \right\rfloor, \left\lceil그리고.\right\rceil필요에 따라서,

정의 및 속성

x와 y, 정수 k, m, nZ(\ 집합이 주어진 경우 바닥과 천장은 방정식으로 정의할 수 있습니다.

길이 1의 반열림 구간에는 정확히 하나의 정수가 있기 때문에, 임의의 실수 x에 대하여, 방정식을 만족시키는 고유한 정수 m과 n이 존재한다.

x { style } 및 x { x}은 바닥 및 천장의 정의로도 간주할 수 있습니다.

등가

이러한 공식을 사용하여 바닥 및 [11]천장과 관련된 식을 단순화할 수 있습니다.

순서론에서 바닥함수는 리저드 맵핑, 즉 갈로아 연결의 일부입니다.정수를 실수에 삽입하는 함수의 상부 인접관계입니다.

다음 공식은 인수에 정수를 추가하는 것이 함수에 미치는 영향을 보여 줍니다.

위의 내용은 n이 정수가 아닌 경우에는 성립되지 않습니다.단, 모든 x와 y에 대해 다음과 같은 부등식이 유지됩니다.

단조성

바닥 및 천장 기능은 모두 단조롭게 감소하지 않는 기능입니다.

기능 간의 관계

정의로 미루어느 정도인가

가 정수인 경우에만 등식을 갖는\ \x\

실제로 정수 n의 경우 바닥 및 천장 함수가 모두 동일성입니다.

인수를 부정하면 바닥과 천장이 전환되고 기호가 변경됩니다.

또, 다음과 같이 합니다.

인수를 부정하면 소수 부분이 보완됩니다.

바닥, 천장 및 부분 부품 함수는 다음과 같습니다.

중첩된 바닥 또는 천장 함수의 결과가 가장 안쪽 함수입니다.

정수의 아이덴티티 속성 때문입니다.

가격

m과 n이 정수이고 n 0 0일 경우,

n이 양의[12] 정수인 경우

m이[13] 양수인 경우

m = 2일 경우 이는 다음을 의미합니다.

보다 일반적으로 [14]의 m에 대하여 (Hermite의 항등식 참조)

플로어를 천장으로 변환하거나 그 반대로 변환할 때 다음을 사용할 수 있습니다(m 플러스).[15]

모든 m n 엄밀하게 양의 [16]정수인 경우:

양수 및 공수 m과 n의 경우, 이 값은

마찬가지로 천장 함수의 경우(양수 및 공수 m 및 n의 경우),

일반 케이스의 오른쪽은 mn으로 대칭이기 때문에 이는 다음을 의미한다.

보다 일반적으로 m과 n이 양수이면

이것은 때때로 상호주의 [17]법칙이라고 불린다.

중첩된 분할

양의 정수 n 및 임의의 실수경우 m,x:[18]

연속성 및 시리즈 확장

이 문서에서 설명하는 함수는 모두 연속적이지는 않지만 모두 부분 선형입니다. 함수 x \style \ x 、 \ display \ x \ rceil { {\ {\ {\ {\ {\ {\ none none:: none

{ \ \ } 、 x \ \ x \ rceil { x { displaystyle \ {x \ rceil }는 반각도입니다

이 문서에서 설명하는 기능은 모두 연속적이지 않기 때문에 멱급수 확장 기능이 없습니다.바닥과 천장은 주기적이지 않기 때문에 균일하게 수렴된 푸리에 급수 확장을 가지지 않습니다.부분적 부품 함수는 푸리에 직렬[19] 확장을 가집니다.

x는 정수가 아닙니다.

불연속점에서는 바닥, 천장 및 부분 함수와 달리 푸리에 급수는 왼쪽과 오른쪽의 한계 평균 값인 값으로 수렴됩니다. 즉, y 고정의 경우 x mod y = 0이 아닌 y/2로 수렴되는 y의 경우 푸리에 급수입니다.연속성 지점에서는 영상 시리즈가 참 값으로 수렴됩니다.

바닥(x) = x - {x} 공식은 다음을 나타낸다.

x는 정수가 아닙니다.

적용들

Mod 연산자

정수 x와 양의 정수 y의 경우 x mod y로 표시되는 모듈로 연산은 x를 y로 나눌 때 나머지의 값을 제공합니다.이 정의는 다음 공식에 의해 실제 x와 y, y 0 0으로 확장될 수 있습니다.

따라서 바닥 함수의 정의에서 이 확장 연산은 많은 자연 특성을 만족시킵니다.특히 x mod y는 항상 0과 y 사이입니다.

y가 양수이면

y가 음수이면

이차상호성

아이젠슈타인에 의해 수정된 가우스의 2차 상호성에 대한 세 번째 증명은 두 가지 기본적인 [20][21]단계를 가지고 있다.

p와 q는 서로 다른 양의 홀수 소수이며,

첫째, 가우스의 보조정리레전드르 기호가 다음과 같이 주어진다는 것을 보여주기 위해 사용된다.

그리고.

두 번째 단계는 기하학적 인수를 사용하여

이 공식들을 결합하면 다음 형태로 2차 상호관계를 얻을 수 있다.

작은 숫자의 2차 문자 mod 홀수 소수 [22]p를 표현하기 위해 바닥을 사용하는 공식들이 있습니다.

반올림

임의의 x({x경우x({ x rpi x + 2 \ ) = \ { \ 로 반올림합니다.}{ 음의 무한대를 향해 반올림한 (x ) x - 1x - 1 display2 ⌋2 ⌋2 ⌋2 ⌋2 ⌋⌋2 ⌋2 ⌋2 ⌋2 ⌋2 、 stypairpairpairpairpairflflflfloor { styleftstyle

브레이킹이 0에서 떨어져 있는 경우 반올림 함수는ri ( ) ( )x + { ( ) \ x + { \ 1 \ } ( x )입니다( 참조). - 1 ⌉⌉- x - 1 \+ { \ { ) 、 \+ \ { 2 } {의 통합 표시기를 제외합니다.

자릿수

양의 정수 k의 밑수 b 자리수는

반복 문자가 없는 문자열 수

임의의 길이의 임의의 문자열 중 문자를 두 번 사용하지 않는 문자열의 수는 다음과[23][better source needed] 같습니다.

여기서:

  • n > 0은 알파벳 문자 수(예를 들어 영어의 경우 26)입니다.
  • 하강 요인 ) ( - 1) ( - + )}=n(( 문자를 두 번 사용하지 않는 길이 k 문자열의 수를 나타냅니다.
  • n!은 n의 계수를 나타냅니다.
  • e = 2.718…은 오일러의 수이다.

n = 26의 경우 10962598503531495302234277이 됩니다.

인자 인자

n은 양의 정수이고 p는 양의 소수라고 하자.n!을 나누는 p의 최대 거듭제곱의 지수는 Legendre 공식[24] 버전에 의해 주어진다.

서 n k k \ _ 기저 p에 n을 쓰는 방법이다.p > n일 k 바닥은 0이기 때문에 이것은 유한합입니다.

베티 수열

비티 수열은 모든 양의 무리수가 바닥 [25]함수를 통해 자연수를 두 시퀀스로 분할하는 방법을 보여줍니다.

오일러 상수())

오일러 상수 θ = 0.57721 56649 ...에 대한 공식들이 있다.예를 들어 바닥과 천장과 관련된 것.[26]

그리고.

리만 제타 함수())

부분 부분 함수는 리만 제타 함수의 적분 표현에도 나타납니다.([27]부품별 적분을 사용하여) () { 닫힌 간격에서 연속 도함수를 갖는 함수일 경우 [a, b],

s의 실제 부분이 1보다 크고 a와 b가 정수이고 b가 무한대에 접근하도록b (n ) - { ( ) = {}^{-s로 하면 다음과 같이 된다.

공식은 실제 부분이 -1보다 큰 모든 s(극이 있는 s = 1 제외)에 유효하며, {x}에 대한 푸리에 확장과 결합하여 제타 함수를 전체 복소 평면으로 확장하고 함수 [28]방정식을 증명하는 데 사용할 수 있습니다.

s = σ + 임계 스트립 0 < σ < 1의 경우,

1947년 반데르폴은 제타 [29]함수의 근원을 찾기 위한 아날로그 컴퓨터를 만들기 위해 이 표현을 사용했다.

소수 공식

바닥 함수는 소수점을 특징짓는 여러 공식에 나타납니다.를 들어 " m -" - m ({rfloor m이(가 분할경우) 1이고, 0이(가 정수인 경우)[30] 한정됩니다.

소수를 생성하는 공식도 제시할 수 있다.예를 들어, p를 n번째 소수라고 가정하고n, 임의의 정수 r > 1에 대하여, 합계로 실수 α를 정의한다.

그럼[31].

유사한 결과는 다음과 같은 성질을 가진 숫자 θ = 1.3064... (밀스 상수)가 있다는 것입니다.

모두 [32]소수입니다.

숫자 = 1.9287800도 있습니다.라는 성질을 가지고

모두 [32]소수입니다.

θ(x)를 x보다 작거나 같은 소수점이라고 하자.는 윌슨의 정리로부터[33] 단도직입적으로 추론한 것이다.

또한 n ,[34] 2이면

이 섹션의 공식은 [35][36]실용적이지 않습니다.

해결된 문제

라마누잔은 이 문제들을 인도 수학 [37]협회 저널에 제출했다.

n이 양의 정수일 경우

위 층의 기능 ID에 대한 몇 가지 일반화가 [38]입증되었습니다.

미해결 문제

Waring의 문제에 대한 연구는 미해결의 문제로 이어졌습니다.

다음과 같은[39] 양의 정수 k ≤ 6이 있는가?

말러[40] 그러한 k의 수가 유한할 수 있다는 것을 증명했다; 알려진 것은 없다.

컴퓨터 구현

C의 부동소수점 변환으로부터의 Int 함수

대부분의 프로그래밍 언어에서 부동소수점 번호를 정수로 변환하는 가장 간단한 방법은 바닥이나 천장을 변환하지 않고 자릅니다.첫 번째 머신은 보형을 사용하고, 잘라내기는 간단하게 실장할 수 있었기 때문에, 그 이유는 과거의 것입니다(바닥은 2보형으로 심플합니다).FORTRAN은 이 동작을 요구하도록 정의되었으며, 따라서 거의 모든 프로세서가 이러한 방식으로 변환을 구현합니다.일부에서는 이것이 [citation needed]원점의 부정적인 측면의 오프셋과 그래픽을 처리하는 버그를 초래한 불행한 역사적 설계 결정이라고 생각합니다.

부호 있는 x(\ xn(\ n 의한 비트 단위의 오른쪽 시프트는 x \ \} right \ 와 같습니다.2의 거듭제곱으로 나누면 일반적으로 오른쪽 시프트로 표시되며, 플로어의 최적화를 상정할 수 없습니다.는 필수입니다.이러한 변화를 "사전 최적화"라고 가정하고 이를 사업부로 대체하면 소프트웨어가 [citation needed]고장날 수 있습니다.

많은 프로그래밍 언어([41][42]C, C++,[43][44] [45][46]C#, Java,[49] PHP,[47][48] R [50] Python 포함)는 바닥 및 천장에 표준 함수를 제공합니다.floor그리고.ceil, 또는 그 이하입니다.ceilingAPL이 사용하는 [51]언어⌊x플로어용입니다.J Programming Language는 표준 키보드 기호를 사용하도록 설계된 APL의 후속 버전입니다.<.플로어 및>. 천장용입니다.[52]ALGOL 사용entier플로어용입니다.

Microsoft Excel에서는 플로어 기능은 다음과 같이 구현됩니다.INT([53]제로가 아니라 반올림).명령어FLOOR이전 버전에서는 "int"와 "floor"가 다른 언어의 "int"와 "floor"가 하는 것과 사실상 반대인 0을 향해 반올림했다.2010년 이후FLOOR[54]이전 동작을 재현할 수 있는 추가 인수를 사용하여 반올림하도록 수정되었습니다.OpenDocument 파일 형식 OpenOffice.org, Libreoffice 및 기타에서 사용되는 것과 동일한 함수 이름을 사용합니다.INT바닥과[55]FLOOR0으로 [56]반올림할 수 있는 세 번째 인수가 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, Ch. 3.1
  2. ^ 1) Luke Heaton, A Brief History of Mathemical Think, 2015, ISBN1472117158 (n.p)
    2) Albert A.블랭크 외, 미적분: 미적분학, 1968, 페이지 259
    3) John W. Warris, Horst Stocker, 수학컴퓨터 과학 핸드북, 1998, ISBN0387947469, 페이지 151
  3. ^ 레머마이어, 페이지 10, 23
  4. ^ 예를 들어 Cassels, Hardy & Wright 및 Ribenboim은 Gauss의 표기법을 사용하고 Graham, Knuth & Patashnik, Crandall & Pomerance는 Iverson의 표기법을 사용합니다.
  5. ^ 아이버슨, 12페이지
  6. ^ 하이암, 페이지 25
  7. ^ Wolfram MathWorld 기사를 참조하십시오.
  8. ^ 수학 단어: 플로어 기능
  9. ^ 수학 단어:천장 기능
  10. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, 70페이지
  11. ^ 그레이엄, 크누스 & 패터싱크, 3장
  12. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, 페이지 73
  13. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, 페이지 85
  14. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, 85페이지 및 Ex 3.15
  15. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, Ex. 3.12
  16. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, 94페이지
  17. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, 94페이지
  18. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, 페이지 71은 x/m을 입력으로 하고 n으로 나눗셈을 함수로 하는 정리 3.10을 적용한다.
  19. ^ Titchmarsh, 15페이지, Eq. 2.1.7
  20. ^ Lemermeyer, § 1.4, Ex. 1.32–1.33
  21. ^ Hardy & Wright, © 6.11 – 6.13
  22. ^ 르메르마이어, 페이지 25
  23. ^ OEIS 시퀀스 A000522(n개의 요소를 가진 집합의 배열의 총 수: a(n) = Sum_{k=0..n} n!/k!) (공식 참조)
  24. ^ 하디 & 라이트, Th. 416
  25. ^ Graham, Knuth, & Patashnik, 77-78페이지
  26. ^ 이 공식들은 위키피디아 기사 오일러의 상수에서 나온 것인데, 오일러 상수에는 더 많은 것들이 있다.
  27. ^ Titchmarsh, 13페이지
  28. ^ Titchmarsh, 페이지 14~15
  29. ^ Crandall & Pomerance, 391페이지
  30. ^ Crandall & Pomerance, Ex. 1.3, 페이지 46합계의 무한 상한을 n으로 대체할 수 있습니다. > 1은 m ( n n m - - 1 m ( \ _ {=)^{\n} \ lfloor \ ( \ { \ {m } \ loor right { \\\ \ loor right 1 \ loor right \1 \ loor right \1 \ loor right \1 and1
  31. ^ Hardy & Wright, © 22.3
  32. ^ a b 리벤보임, 186페이지
  33. ^ 리벤보임, 페이지 181
  34. ^ Crandall & Pomerance, 예 1.4, 페이지 46
  35. ^ Ribenboim, p.180은 "공식의 실질적인 가치가 전혀 없음에도 불구하고...[그들은] 산술의 다양한 부분이 다른 공리화로부터 어떻게 추론될 수 있는지를 명확하게 이해하기를 원하는 논리학자들과 어느 정도 관련이 있을 수 있다."
  36. ^ Hardy & Wright, pp.344—345 "숫자 α ...의 정확한 값이 소수와는 독립적으로 표현될 수 있다면 이러한 공식들 중 하나(또는 유사한 공식)는 다른 상태에 도달할 것이다.가능성은 없어 보이지만 완전히 불가능하다고는 할 수 없다.
  37. ^ 라마누잔, 문제 723, 논문 332페이지
  38. ^ Somu, Sai Teja; Kukla, Andrzej (2022). "On some generalizations to floor function identities of Ramanujan" (PDF). Integers. 22. arXiv:2109.03680.
  39. ^ 하디와 라이트, 페이지 337
  40. ^ Mahler, Kurt (1957). "On the fractional parts of the powers of a rational number II". Mathematika. 4 (2): 122–124. doi:10.1112/S0025579300001170.
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  56. ^ "Documentation/How Tos/Calc: FLOOR function". Retrieved 29 October 2021.

레퍼런스

외부 링크