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-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] .
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.
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 .
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), ….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 .
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 |
Mukana olevien Pell-lukujen ja Pell-lukujen puolikkaat voidaan saada useilla vastaavilla tavoilla:
Eksponentointi :
Mistä se tulee:
ja
Parin toistuvuussuhteet :
tai matriisimuodossa :
Tällä tavalla
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 .
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 .
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 |
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