주기연속분수

Periodic continued fraction

수학에서 무한 주기적인 연속 분수는 형태에 배치할 수 있는 연속 분수다.

여기서 k + 1 부분분모의 초기 블록 다음에 반복적으로 반복되는 부분분모의 블록 [ak+1, ak+2,...ak+m]이 ad infinitum으로 이어진다. 예를 들어, {\은(는) 주기적인 연속 분수, 즉 [1,2,2,2,2,...]로 확장할 수 있다.

부분 분모 {ai}은(는) 일반적으로 실제 또는 복잡한 숫자일 수 있다. 그 일반적인 경우는 기사 정합화 문제에서 다루어진다. 이 글의 나머지 부분은 또한 주기적인 단순 연속 분수에 대한 주제에 초점을 맞추고 있다. 즉, 이 글의 나머지 부분은 모든 부분분모i a(i ≥ 1)가 양의 정수라고 가정한다.

순수 주기율 및 주기율분수

규칙적으로 지속되는 분수에 있는 모든 부분적인 분자는 통일과 같기 때문에 위에서 표시한 지속 분수를 다음과 같이 쓰는 속기법을 채택할 수 있다.

두 번째 줄에서 빈쿨럼은 반복 블록을 표시한다.[1] 일부 교과서는 이 표기법을 사용한다.

여기서 반복 블록은 첫 번째 및 마지막 항에 점으로 표시된다.[2]

초기 반복되지 않는 블록(k = -1인 경우)이 없는 경우0, a = am

규칙적인 지속분수 x순전히 주기적인 것이라고 한다. 예를 들어 황금비율 φ에 대한 정기적인 지속분수([1; 1, 1, 1, 1, ...]는 순전히 주기적인 반면, 2의 제곱근에 대한 정기적인 지속분수([1; 2, 2, ...])는 주기적인 것이지만 순수하게 주기적인 것은 아니다.

단변형 행렬로서

그러한 주기적인 분수는 실제 이차적 비합리성과 일대일 일치한다. 그 서신은 민코프스키의 물음표 기능에 의해 명시적으로 제공된다. 그 기사는 또한 그러한 지속적인 분수를 가지고 작업하기 쉽게 하는 도구를 검토한다. 우선 순전히 주기적인 부분을 고려하라.

이것은, 사실, 라고 쓰여질 수 있다.

, , , 정수로서 만족하는 Δ- = 1. -\bta \1.명확정치는 글로 얻을 수 있다

'시프트'라고 불려서

그리고 이와 유사하게 다음과 같은 반성이 주어진다.

2 = 이 두 행렬은 모두 비정형이며 임의 제품은 비정형이다. 그런 다음 위에서와 x 을(를) 지정하면 해당 행렬이 형식이다[3].

가지고 있다

명시적 형식으로서 모든 행렬 항목이 정수이므로 이 행렬은 모듈형 L )에 속한다

이차 비합리성과 관계

이차 방정식은 이차 방정식의 비합리적인 진짜 뿌리다.

여기서 계수 a, b, c는 정수이고 판별인 b - 4ac2 0보다 크다. 2차 공식에 의해 모든 2차적 비합리성은 그 형태로 쓰여질 수 있다.

여기서 P, D, Q정수, D > 0은 완벽한 사각형은 아니며(그러나 반드시 사각형이 없는 것은 아님), QP2 - D의 양을 나눈다(예: (6+√8)/4). 이러한 이차 비합리성은 이차 비합리성에 대해 설명했듯이 정사각형 없는 수의 제곱근(예: (3+2)/2)으로 다른 형태로도 쓰여질 수 있다.

오일러는 주기적인 연속 분수의 전체 인수를 고려함으로써 x가 정기적인 주기적인 연속 분율이라면 x는 이차적인 비합리적인 수라는 것을 증명할 수 있었다. 그 증거는 간단하다. 분수 자체에서 x가 충족해야 하는 적분 계수로 2차 방정식을 구성할 수 있다.

라그랑쥬는 오일러의 정리의 역설을 증명했다: x가 2차 비합리적인 것이라면 x의 규칙적인 지속적인 분수 팽창은 주기적인 것이다.[4] 2차 비합리적인 x가 주어진다면, 각각 동일한 판별력을 가진 m의 다른 2차 방정식을 구성할 수 있으며, 이 공식은 x의 규칙적인 지속적 부분 확장의 연속적인 전체 인용구와 관련이 있다. 이러한 방정식들 중 미세하게 많으므로(계수가 경계됨) x를 나타내는 정규 지속분수에서 전체 인용구(및 부분분모)는 결국 반복해야 한다.

감소된 surds

그 2차 surd ζ)P+DQ{\displaystyle \zeta){\frac{P+{\sqrt{D}}}{Q}}}만약ζ를 감소시켜야 하고;1{\displaystyle \zeta 1}과 그 켤레 η)P− DQ{\displaystyle \eta){\frac{내{\sqrt{D}}}{Q}}}불평등을 1<>−을 충족, η<0{\displaystyle -1<, \eta<0}으로 알려졌다. . 예를 들어 t그는 황금비율 =( + )/ 2= (는) 1보다 크고 그 결합- )/ = - 0.(가) -1보다 크고 0보다 작음 On the other hand, the square root of two is greater than one but is not a reduced surd because its conjugate is less than −1.

갈루아는 2차 서드 ζ을 나타내는 규칙적인 지속 분수는 만약 ζ이 서드 감소인 경우에만 순수하게 주기적이라는 것을 증명했다. 사실 갈루아는 이것보다 더 많은 것을 보여주었다. 또한 ζ이 2차 변위 감소이고 η이 그 결합이라면 ζ과 (-1/η)의 연속 분수는 모두 순수하게 주기적이며, 그 연속 분율 중 하나의 반복 블록은 다른 분수의 반복 블록의 거울상임을 증명하였다. 우리가 가진 상징적으로

여기서 ζ은 감소된 2차 서드이고, η은 그 결합이다.

이 두 가지 갈루아의 이론으로부터 라그랑주에게 이미 알려진 결과를 추론할 수 있다. r > 1이 완벽한 정사각형이 아닌 합리적인 숫자라면,

특히 n이 어떤 비제곱 양의 정수인 경우, nn의 규칙적인 지속분수확장은 길이 m의 반복 블록을 포함하며, 여기서 첫 번째 m - 1 부분분모가 팔린드로믹 문자열을 형성한다.

반복 블록 길이

조합의 순서를 분석하여

ζ = (P + D)/Q가 정규 지속분수로 확장되었을 때 발생할 수 있는 가능성, 라그랑쥬는 팽창에서 가장 큰 부분분모i a가 2 dD 미만이며 반복 블록의 길이가 2D 미만임을 보여주었다.

보다 최근에, 구분함수에 기초한 보다 날카로운 주장은[5][6] 차별성 D의 2차적 변수에 대한 반복 블록의 길이인 L(D)에 의해 주어진다는 것을 보여주었다.

여기서 빅 O는 "순서에 따라" 또는 "비례적으로"를 의미한다(빅 O 표기법 참조).

표준 형식 및 반복

다음과 같은 반복 알고리즘을[7] 사용하여 표준적인 형태의 지속적인 분수 확장을 얻을 수 있다(S완벽한 정사각형이 아닌 자연수임).

mn, dn, an 항상 정수라는 것에 주목하라. 이 세 쌍둥이가 이전에 마주친 것과 같을 때 알고리즘은 종료된다. 알고리즘은 또한ii a = 20 a에 대해 종료할 수 있으며,[8] 이는 구현하기 더 쉽다.

그 확장은 그때부터 반복될 것이다. [a0; a1, a2, a, a3, a, ...] 순서는 계속적인 분수 확장이다.

4114를 연속 분수로 얻으려면0 m = 0, d0 = 1, a = 100(10 = 1002, 112 = 121 > 114 그래서 10)로 시작한다.

1, m = 10, d1 = 14, a1 = 1이다.

다음으로22, m = 4, d2 = 7 및 a = 2

이제 위의 두 번째 방정식으로 돌아가 봅시다.

따라서 114 제곱근에 대한 단순 지속 분율은

OEIS에서 시퀀스 A010179)

114는 대략 10.67707 82520이다. 반복을 한 번 확장한 후, 지속적인 분수는 합리적인 분율 을 산출하며, 소수 값은 약 10.67707 80856이고 상대 오차는 0.0000016% 또는 1.6ppm이다.

일반화연속분수

더 빠른 방법은 그것의 일반화된 지속 분율을 평가하는 것이다. 여기서 도출된 공식으로부터:

그리고 114가 102=100과 112=11의 3분의 2라는 사실은 그 결과를 낳는다.

이는 단순히 앞에서 언급한 [10;1,2,10,2,1,20,1,2]의 3기마다 평가된다. 분수 쌍을 조합하면 생산된다.

현재[ , , , 2, 1, 1, 스타일 1, 2, 22, 1,이(가) 세 번째 학기와 그 이후 6개 학기에 한 번씩 평가된다.

참고 항목

메모들

  1. ^ 페토프레초&바이르킷(1970, 페이지 158)
  2. ^ 길이(1972년, 페이지 187년)
  3. ^ Khinchin, A. Ya. (1964) [Originally published in Russian, 1935]. Continued Fractions. University of Chicago Press. ISBN 0-486-69630-8. 이것은 현재 Dover Publishments에서 다시 인쇄할 수 있다.
  4. ^ Davenport, H. (1982). The Higher Arithmetic. Cambridge University Press. p. 104. ISBN 0-521-28678-6.
  5. ^ Hickerson, Dean R. (1973). "Length of period of simple continued fraction expansion of √d". Pacific J. Math. 46: 429–432. doi:10.2140/pjm.1973.46.429.
  6. ^ Podsypanin, E.V. (1982). "Length of the period of a quadratic irrational". Journal of Soviet Mathematics. 18 (6): 919–923. doi:10.1007/BF01763963.
  7. ^ Beceanu, Marius. "Period of the Continued Fraction of sqrt(n)" (PDF). Theorem 2.3. Archived from the original (PDF) on 21 December 2015. Retrieved 21 December 2015.
  8. ^ Gliga, Alexandra Ioana (March 17, 2006). On continued fractions of the square root of prime numbers (PDF). Corollary 3.3.

참조