Pellin numero

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 10. joulukuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Pell-luku  on kokonaisluku , joka esiintyy nimittäjänä 2 :n neliöjuuren konvergenttien äärettömässä jonossa . Tämä approksimaatiosarja alkaa seuraavasti: , eli ensimmäiset Pell-luvut ovat 1, 2, 5, 12 ja 29. Saman approksimaatiosarjan osoittajat ovat puolet mukana olevista Pell- tai Pell-Luc-luvuista  - ääretön sekvenssi, joka alkaa numeroilla 2, 6, 14, 34 ja 82.

Molemmat sekvenssit, Pell-luvut ja niihin liittyvät Pell-luvut, voidaan laskea toistuvuusrelaatiolla , joka on samanlainen kuin Fibonacci-lukujen kaavoissa , ja molemmat numerosarjat kasvavat eksponentiaalisesti suhteessa hopealeikkauksen tehoon .

Kahden neliöjuuren approksimaatioiden käytön lisäksi jatkuvissa murtoluvuissa Pell-lukuja voidaan käyttää neliökolmiolukujen etsimiseen ja joidenkin kombinatoristen laskentatehtävien ratkaisemiseen [1] .

Pellin numerosarja on tunnettu muinaisista ajoista lähtien. Pellin yhtälön tavoin Leonhard Euler liittää Pell-luvut virheellisesti John Pellin ansioksi . Pell-Luc-luvut on nimetty Eduard Lucin mukaan, joka tutki näitä sekvenssejä. Sekä Pell-luvut että niihin liittyvät Pell-luvut ovat Lucas-sekvenssien erikoistapauksia .

Pell-numerot

Pell-luvut saadaan lineaarisella toistuvuusrelaatiolla :

ja ovat Lucas-sekvenssin erikoistapaus .

Ensimmäiset Pell-numerot

0 , 1 , 2 , 5 , 12 , 29 , 70 , 169 , 408, 985, 2378, … ( OEIS - sekvenssi A000129 ).

Pell-luvut voidaan ilmaista kaavalla

Suurille n:n arvoille termi hallitsee tätä lauseketta, joten Pell-luvut ovat karkeasti verrannollisia hopealeikkauksen potenssiin , aivan kuten Fibonaccin luvut ovat karkeasti verrannollisia kultaisen leikkauksen potenssiin .

Kolmas määritelmä on myös mahdollinen - matriisikaavan muodossa

Näillä määritelmillä voidaan todistaa monia identiteettejä, kuten Fibonacci-lukujen Cassini-identiteettiä vastaava identiteetti,

välittömänä seurauksena matriisikaavasta (korvaamalla matriisideterminantteja vasemmalla ja oikealla) [2] .

Approksimaatio kahden neliöjuureen

Pell-luvut syntyivät historiallisesti rationaalisista approksimaatioista luvun 2 neliöjuureen . Jos kaksi suurta kokonaislukua x ja y antavat ratkaisun Pellin yhtälölle

sitten niiden suhde antaa lähellä likimäärää . Tällaisten approksimaatioiden sarja

jossa kunkin murtoluvun nimittäjä on Pell-luku ja osoittaja on Pell-luvun ja sen edeltäjän summa sarjassa. Näin ollen approksimaatiot ovat muotoa .

Lähentäminen

tämä tyyppi oli tiedossa Intian matemaatikoille kolmannella tai neljännellä vuosisadalla eKr . [3] . Kreikkalaiset matemaatikot 500-luvulla eKr. olivat myös tietoisia tästä approksimaatiosta [4] . Platon viittaa osoittajiin rationaalisina halkaisijana [5] . Toisella vuosisadalla jKr Theon Smyrna käytti termejä sivu ja halkaisija kuvaamaan tämän sekvenssin nimittäjää ja osoittajaa [6] .

Nämä likiarvot voidaan johtaa jatkuvasta murto -osasta :

Jatketun murto-osan äärellinen osa antaa likiarvon Pell-lukujen muodossa. Esimerkiksi,

Kuten Knuth (1994) kirjoitti, Pell-lukujen approksimaatio mahdollistaa niiden käytön rationaalisessa approksimaatiossa säännölliseen kahdeksankulmioon , jonka kärkikoordinaatit ja . Kaikki tämän kahdeksankulmion kärjet ovat samalla etäisyydellä keskustasta ja muodostavat lähes samat kulmat. Myös pisteet , ja muodostavat kahdeksankulmion, jonka kärjet ovat lähes yhtä kaukana keskustasta ja muodostavat samat kulmat.

Yksinkertaiset ja neliöt

Alkuluku Pell on Pell-luku, joka on myös alkuluku . Useita ensimmäisiä Pell-alkulukuja

2, 5, 29, 5741, … (sekvenssi A086383 OEIS : ssä )

Kuten Fibonacci-lukujen kohdalla, Pell-luku voi olla alkuluku vain, jos n itse on alkuluku.

Pell-lukuja on vain kolme, jotka ovat neliöitä, kuutioita ja muita korkeampia tehoja - nämä ovat 0, 1 ja 169 = 13 2 [7] .

Huolimatta siitä, että Pell-lukujen joukossa on niin vähän neliöitä ja muita tehoja, niillä on läheinen suhde neliökolmiolukuihin [8] . Nämä numerot johtuvat seuraavasta identiteetistä:

Tämän identiteetin vasen puoli antaa neliönumeron , kun taas oikea puoli antaa kolmioluvun , joten tuloksena on neliökolmioluku.

Santana ja Diaz-Barrero (2006) osoittivat toisen identiteetin, joka yhdistää Pell-luvut neliöihin osoittamalla, että Pell-lukujen summa aina on neliö:

Esimerkiksi Pell-lukujen summa , , on neliö .

Numerot , jotka muodostavat tällaisten summien neliöjuuret,

1, 7, 41, 239, 1393, 8119, 47321, … (sekvenssi A002315 OEIS : ssä ),

tunnetaan nimellä Newman-Shanks-Williams alkuluku .

Pythagoraan kolmoset

Jos suorakulmaisella kolmiolla on sivut a , b , c ( Pythagoraan lauseen a 2 + b 2 = c 2 mukaan), niin ( a , b , c ) tunnetaan Pythagoran kolmoisina . Martin (1875) kirjoittaa, että Pell-lukujen avulla voidaan muodostaa Pythagoran kolmioita, joissa a ja b eroavat yhdellä, mikä vastaa lähes tasakylkistä suorakulmaista kolmiota. Jokaisella tällaisella kolmiosalla on muoto

Tällä tavalla saatu Pythagoraan kolminkertainen sekvenssi

(4,3,5), (20,21,29), (120,119,169), (696,697,985), ….

Pell-Luc numerot

Liittyvät Pell- tai Pell-Luc-luvut määritellään lineaarisella toistuvuussuhteella :

Eli sekvenssin kaksi ensimmäistä numeroa ovat 2 ja kaikki loput muodostetaan edellisen Pell-Luc-luvun ja sitä edeltävän kaksinkertaisena summana tai vastaavasti lisäämällä seuraava Pell-luku ja edellinen luku . Siten 82:n kumppani on numero 29 ja 82 = 2 34 + 14 = 70 + 12.

Mukana olevat Pell-luvut muodostavat sekvenssin:

2 , 2 , 6 , 14 , 34 , 82 , 198 , 478 , ... ( OEIS - sekvenssi A002203 )

Mukana olevat Pell-luvut voidaan ilmaista kaavalla:

Kaikki nämä luvut ovat parillisia, jokainen niistä on kaksinkertainen osoittaja rationaalisten lukujen lähentämisessä .

Tietotekniikka ja viestintä

Seuraavassa taulukossa esitetään hopeisen osan ensimmäiset asteet ja niihin liittyvät .

0
yksi
2
3
neljä
5
6
7
kahdeksan
9
kymmenen
yksitoista
12

Kertoimet ovat puolet mukana olevista Pell-luvuista ja Pell-luvuista , jotka ovat yhtälön ei-negatiivisia ratkaisuja .

Neliön kolmioluku  on luku , joka on sekä -: s kolmioluku että -: s neliöluku. Lähes tasakylkiset Pythagoraan kolmiot ovat kokonaislukuratkaisuja , joissa .

Seuraavassa taulukossa on esitetty parittomien lukujen jakautuminen kahteen lähes identtiseen puolikkaaseen, jolloin saadaan nelikulmainen kolmioluku, kun n on parillinen, ja lähes tasakylkinen Pythagoraan kolmoisluku, kun n on pariton.

t t+1 s a b c
0 yksi 0 0 0 0
yksi yksi yksi 0 yksi yksi
2 3 2 yksi 2 yksi
3 7 5 3 neljä 5
neljä 17 12 kahdeksan 9 6
5 41 29 kaksikymmentä 21 29
6 99 70 49 viisikymmentä 35
7 239 169 119 120 169
kahdeksan 577 408 288 289 204
9 1393 985 696 697 985
kymmenen 3363 2378 1681 1682 1189
yksitoista 8119 5741 4059 4060 5741
12 19601 13860 9800 9801 6930

Määritelmät

Mukana olevien Pell-lukujen ja Pell-lukujen puolikkaat voidaan saada useilla vastaavilla tavoilla:

Eksponentointi :

Mistä se tulee:

ja

Parin toistuvuussuhteet :

tai matriisimuodossa :

Tällä tavalla

Arviot

Ero ja välillä on yhtä suuri kuin , joka pyrkii nopeasti nollaan. Niin hyvin lähellä .

Tästä havainnosta seuraa, että kokonaislukujen suhde lähestyy nopeasti, kun taas ja lähestyy nopeasti .

H 2  − 2 P 2  = ±1

Koska on irrationaalinen, emme voi saada , eli . Paras mitä voimme saada on joko tai .

Ei- negatiiviset ratkaisut ovat parit , joissa on parillinen n , ja ratkaisut ovat parit , joissa on n pariton.

Huomioi tämän ymmärtämiseksi

joten merkillä alkava vuorottelee ( ). Huomaa nyt, että jokainen positiivinen ratkaisu voidaan saada ratkaisusta, jolla on pienempi indeksi yhtäläisyyden vuoksi .

Neliön kolmionumerot

Vaadittu yhtäläisyys on yhtä suuri kuin , josta tulee kun korvataan ja . Siksi n :s ratkaisu on ja

Huomaa, että ja ovat suhteellisen alkulukuja, joten on mahdollista vain, kun ne ovat vierekkäisiä kokonaislukuja, että yksi on neliö ja toinen on kaksoisneliö . Koska tiedämme kaikki yhtälön ratkaisut, saamme

ja

t t+1 s a b c
0 yksi 0
yksi yksi yksi yksi 2 yksi yksi 0 yksi
2 3 2 kahdeksan 9 6 3 neljä 5
3 7 5 49 viisikymmentä 35 21 kaksikymmentä 29
neljä 17 12 288 289 204 119 120 169
5 41 29 1681 1682 1189 697 696 985
6 99 70 9800 9801 6930 4059 4060 5741

Pythagoraan kolmoset

Tasa -arvo pätee vain , joka muuttuu korvattaessa . Sitten n :s ratkaisu on ja

Yllä oleva taulukko osoittaa, että suuruusluokkaan asti , ja ovat yhtä suuria ja , kun

Muistiinpanot

  1. Esimerkiksi Sellers ( Sellers ) vuonna 2002 osoitti, että polkujen ja kaavion K 4 - e karteesisen tulon täydellisten vastaavuuksien lukumäärä voidaan laskea Pell-luvun tulona vastaavilla Fibonacci-luvuilla.
  2. Katso matriisikaavasta ja sen seurauksista Ercolano (1979), Kilic ja Tasci (2005). Muut Pell-numeroiden identiteetit ovat Horadam (1971) ja Bicknell (1975).
  3. Tämä on tallennettu Shulba Sutraan . Katso esimerkiksi Dutka (1986), joka lainasi Thibaut (1875)
  4. Katso Knorr (1976) viittaukseen viidennelle vuosisadalle, mikä vastaa Prokloksen väitettä, että pythagoralaiset löysivät numerot . Täydellisen tutkimuksen myöhemmästä kreikkalaisesta tiedosta näistä numeroista katso Thompson (1929), Vedova (1951), Ridenhour (1986), Knorr (1998) ja Filep (1999).
  5. Esimerkiksi Platonin valtiossa viitataan "viiden rationaaliseen halkaisijaan", jolla Platon tarkoitti numeroa 7, likiarvon 7/5 osoittajaa.
  6. Kreikan matematiikan historia: Thalesista Eukleideen - Sir Thomas Little Heath - Google Books . Haettu: 28 tammikuuta 2013.
  7. Pethő (1992); Cohn (1996). Vaikka Fibonacci-luvut määritellään rekursiivisilla kaavoilla, jotka ovat hyvin samankaltaisia ​​kuin Pellin kaavat, Cohn kirjoittaa, että samanlaisia ​​tuloksia Fibonacci-luvuille on paljon vaikeampi todistaa (Bugeaud kuitenkin todisti ne vuonna 2006).
  8. Sesskin (1962).

Kirjallisuus

Linkit