■2次無理数の有理数近似(その67)

 an^2−6bn^2=1

が成り立つ最小解は(a,b)=(5,2)である.

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【1】√6に収束する数列

√6の最良近似では

  (5+2√6)^n=an+bn√6

  (5−2√6)^n=an−bn√6

これらの数列は

  an^2−3bn^2=(1)^n

となる関係式で結ばれていて,

  an/bn→ √6

ですから,√6に最も近い分数を与えることがわかります(最良近似).

  an+1+√6bn+1=(5+2√6)(an+√6bn)

          =(5an+12bn)+√6(2an+5bn)

より

  an+1=5an+12bn

  bn+1=2an+5bn

  an+1=5an+12bn=5an+12(2an-1+5bn-1)

 =5an-an-1+5(5an-1+12bn-1)=10an-an-1

  bn+1=2an+5bn=(10an-1+24bn-1)+5bn

 =5(2an-1+5bn-1)+5bn-bn-1)=10bn-bn-1

より

  an+1=10an−an-1,bn+1=10bn−bn-1

(5+2√6)^1=(5+2√6)→(5,2)

(5+2√6)^2=(49+20√6)→(49,20)

 α,βを2次方程式x^2−10x+1=0の根5±2√6として,初期値をa1=5,a2=49,b1=2,b2=20とすると

  an/bn→ √6

となります.

 近似分数列{an/bn}で非常によく近似できる実数αについて

  |α−an/bn|<1/bn^2

が成立するならば,αは無理数です(ディリクレの定理).

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 α,βを2次方程式x^2−10x+1=0の根5±2√6として,

  an+1−αan=β(an−αan-1)=β^2(an-1−αan-2)=・・・=β^(n-1)(a2−αa1)

α,βを入れ替えると

  an+1−βan=α^(n-1)(a2−βa1)

  an+1−αan=β^(n-1)(a2−αa1)

 したがって,整数列{an}の一般項は

  an={α^(n-1)(a2−βa1)−β^(n-1)(a2−αa1)}/(α−β)

初期値をa1=5,a2=49とすると

  an=1/4√6{(α)^n-1(24+10√6)-(β)^n-1(4-10√6)}

a1=5、a2=49

 整数列{bn}でも同じ漸化式ですから,同じ一般項になります.

  bn={α^(n-1)(b2−βb1)−β^(n-1)(b2−αb1)}/(α−β)

初期値をb1=2,b2=20とすると

  bn=1/4√6{(α)^n-1(10+4√6)−(β)^n-1(10-4√6)}

b1=2、b2=20

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