提要:無理數可以用連分數表示,但書寫形式很繁複,本文在傳統求法的基礎上,給出一種程序化求法、書寫的簡化形式和用漸近分數表達無理數。
拉馬努金恒等式實際揭示了,有理數可以用無理數表示,反過來,無理數可以用有理數來表示嗎?曆史上,有很多數學家,象歐拉,高斯等人對此有過深入研究,都給出肯定的回答,無理數可以用連分數來表示。
01--√5的連分數表示以√5為例,√5的整部(整數部分)是2,分部(小數部分)是√5-2,
√5=整部 分部
=2 (√5-2)
整部=2,分部=√5-2
其分部√5-2的倒數:
1/(√5-2)=√5 2
=整部 分部
=4 (√5-2)
整部=4,分部=√5-2
此時√5 2的分部=√5的分部,第一次出現循環,整部、分部分離過程結束。
這個過程在《幾何畫闆》中,用去尾函數trunc(x)來分離無理數的整部和分部很方便,下圖就是這個分離過程的截圖。
把上述過程形式化得
即√5可以用下圖中的連分數來表示:
√5用連分式來表示形式漂亮,但也有缺憾,占用篇幅大,書寫較繁瑣,因而常用中括号簡記為√5=[2,4,4,4...]=[2,4],其中4表示以4為循環節。
02--√7的連分數表示再以√7為例,√7的整部(整數部分)是2,分部(小數部分)是√7-2,
√7=整部 分部
=2 (√7-2)
整部=2,分部=√7-2
分部(√7-2)的倒數:
1/(√7-2)=(√7 2)/3
=整部 分部
=1 (√7-1)/3
整部=1,分部=(√7-1)/3
其分部(√7-1)/3的倒數:
3/(√7-1)=(√7 1)/2
=整部 分部
=1 (√7-1)/2
整部=1,分部=(√7-1)/2
其分部(√7-1)/2的倒數:
2/(√7-1)=(√7 1)/3
=整部 分部
=1 (√7-2)/3
整部=1,分部=(√7-2)/3
分部=(√7-2)/3的倒數:
3/(√7-2)=√7 2=4 √7-2
=整部 分部
=4 (√7-2)
此時3/(√7-2)的分部=√7的分部,第一次出現循環,整部、分部分離過程結束。
把上述過程形式化得
即√7可以用下圖中的連分數來表示:
簡記為√7=[2,1,1,1,4,1,1,1,4...]=[2,1,1,1,4],其中1,1,1,4表示以1,1,1,4為循環節。
03--無理數√n化連分數的步驟以√n為例
按上述操作,将√13化為連分數
用《幾何畫闆》驗證:
即
按上述操作,将√101化為連分數
即
04--無理數的漸近分數
漸進分數表示了向無理數逐漸逼近無理數的趨勢,所以漸近分數可以用來表示無理數的近似值。
如√3=[1,1,2]的前五個漸近分數:
A1=[1]=1,
A2=[1,1]=2,
A3=[1,1,2]=1 2/3≈1.667,
A4=[1,1,2,1]=1 3/4≈1.75,
A5=[1,1,2,1,2]=1 8/11≈1.73。
再如√101=[10,20]的前三個漸近分數:
A1=[10]=10,
A2=[10,20]=10 1/20=10.05,
A3=[10,20,20]=10 20/401≈10.04988。
1761年,德國數學家蘭伯特證明了圓周率pi是無理數,因而pi也可以用連分數來表示(計算過程太複雜,略)
pi=[3,7,15,1,292,1,1...]
pi的前四個漸近分數:
A1=3,
A2=22/7,
A3=333/106,
A4=355/113。
其中,A2,A3恰好分别是祖沖之計算出的“約率”和“密律”。
05--結語拉馬努金恒等式,揭示了用無理數表示有理數,用連分數表示無理數,說明無理數也可以用有理數來表示。因而有理數和無理數的種關系是辯證的統一,是符合辯證法的。
用連分數表示無理數的主要步驟:分離,求倒數。
無理數的漸近分數可以用來表示無理數的近似值,這也算用連分數表示無理數的用途之一吧。
,
更多精彩资讯请关注tft每日頭條,我们将持续为您更新最新资讯!