Полное частное - Complete quotient

В метрической теории обычные непрерывные дроби, то kth полное частное ζ_k получается игнорированием первого k частные знаменатели а_я. Например, если правильная цепная дробь задана как

${displaystyle x=[a_{0};a_{1},a_{2},a_{3},dots ]=a_{0}+{cfrac {1}{a_{1}+{cfrac {1}{a_{2}+{cfrac {1}{a_{3}+{cfrac {1}{ddots }}}}}}}},}$

то последовательные полные факторы ζ_k даны

${displaystyle {egin{aligned}zeta _{0}&=[a_{0};a_{1},a_{2},a_{3},dots ]zeta _{1}&=[a_{1};a_{2},a_{3},a_{4},dots ]zeta _{2}&=[a_{2};a_{3},a_{4},a_{5},dots ]zeta _{k}&=[a_{k};a_{k+1},a_{k+2},a_{k+3},dots ].,end{aligned}}}$

Рекурсивные отношения

Из приведенного выше определения можно сразу вывести, что

${displaystyle zeta _{k}=a_{k}+{frac {1}{zeta _{k+1}}}=[a_{k};zeta _{k+1}],,}$

или, что то же самое,

${displaystyle zeta _{k+1}={frac {1}{zeta _{k}-a_{k}}}.,}$

Полные частные и подходящие числа Икс

Обозначая последовательный сходящиеся правильной цепной дроби Икс = [а₀; а₁, а₂, …] от А₀, А₁/B₁, А₂/B₂,… (Как более подробно объясняется в статье основные рекуррентные формулы ), можно показать, что

${displaystyle x={frac {A_{k}zeta _{k+1}+A_{k-1}}{B_{k}zeta _{k+1}+B_{k-1}}},}$

для всех k ≥ 0.

Этот результат можно лучше понять, вспомнив, что последовательные подходящие дроби бесконечной правильной цепной дроби приближаются к значению Икс в виде зигзага:

${displaystyle A_{0}<{frac {A_{2}}{B_{2}}}<{frac {A_{4}}{B_{4}}}<cdots <{frac {A_{2n}}{B_{2n}}}<x<{frac {A_{2n+1}}{B_{2n+1}}}<cdots <{frac {A_{5}}{B_{5}}}<{frac {A_{3}}{B_{3}}}<{frac {A_{1}}{B_{1}}}.,}$

так что когда k даже у нас есть А_k/B_k < Икс < А_k+1/B_k+1, и когда k странно у нас есть А_k+1/B_k+1 < Икс < А_k/B_k. В любом случае k + 1-е полное частное ζ_k+1 это уникальное действительное число, которое выражает Икс в виде полуконвергентный.

Полные частные и эквивалентные действительные числа

Отношение эквивалентности, определяемое LFT

Рассмотрим набор дробно-линейные преобразования (LFT) определяется

${displaystyle f(x)={frac {a+bx}{c+dx}},}$

где а, б, c, и d находятся целые числа, и объявление − до н.э = ± 1. Поскольку этот набор LFT содержит единичный элемент (0 +Икс) / 1, и поскольку он замкнут при состав функций, и каждый член набора имеет инверсию в наборе, эти LFT образуют группа (групповая операция - это композиция функций), GL (2,Z).

Мы можем определить отношение эквивалентности на множестве действительные числа с помощью этой группы дробно-линейных преобразований. Скажем, что два действительных числа Икс и y эквивалентны (написано Икс ~ y) если

${displaystyle y=f(x)={frac {a+bx}{c+dx}},}$

для некоторых целых чисел а, б, c, и d такой, что объявление − до н.э = ±1.

Ясно, что это отношение симметрично, рефлексивно и транзитивно, поэтому оно является отношением эквивалентности и может использоваться для разделения действительных чисел на классы эквивалентности. Все рациональное число эквивалентны, потому что каждое рациональное число эквивалентно нулю. Что можно сказать о иррациональные числа ? Попадают ли они также в один класс эквивалентности?

Теорема об "эквивалентных" иррациональных числах

Два иррациональных числа Икс и y эквивалентны по этой схеме тогда и только тогда, когда бесконечно длинные «хвосты» в их разложениях как правильные цепные дроби точно такие же. Точнее, можно доказать следующую теорему.

Позволять Икс и y - два иррациональных (действительных) числа, и пусть k-го полного частного в разложении регулярной цепной дроби Икс и y обозначим через ζ_k и ψ_kсоответственно, Тогда Икс ~ y (при эквивалентности, определенной в предыдущем разделе) тогда и только тогда, когда есть положительные целые числа м и п такой, что ζ_м = ψ_п.

Пример

В Золотое сечение φ - иррациональное число с простейшим возможным разложением в виде правильной цепной дроби: φ = [1; 1, 1, 1,…]. Теорема сначала говорит нам, что если Икс - любое действительное число, расширение которого в виде правильной цепной дроби содержит бесконечную строку [1, 1, 1, 1,…], то есть целые числа а, б, c, и d (с участием объявление − до н.э = ± 1) такая, что

${displaystyle x={frac {a+bphi }{c+dphi }}.,}$

Наоборот, если а, б, c, и d целые числа (с объявление − до н.э = ± 1), то регулярное разложение в цепную дробь каждого действительного числа y что может быть выражено в форме

${displaystyle y={frac {a+bphi }{c+dphi }},}$

в конце концов достигает «хвоста», который выглядит так же, как обычная цепная дробь для φ.

использованная литература

• Рокетт, Эндрю М .; Szüsz, Питер (1992). Непрерывные дроби. World Scientific. стр.4–8. ISBN  981-02-1052-3.