■2次無理数の有理数近似(その68)
an^2−7bn^2=1
が成り立つ最小解は(a,b)=(8,3)である.
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【1】√7に収束する数列
√7の最良近似では
(8+3√7)^n=an+bn√7
(8−3√7)^n=an−bn√7
これらの数列は
an^2−7bn^2=(1)^n
となる関係式で結ばれていて,
an/bn→ √7
ですから,√7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+√7bn+1=(8+3√7)(an+√7bn)
=(8an+21bn)+√3(3an+8bn)
より
an+1=8an+21bn
bn+1=3an+8bn
an+1=8an+21bn=8an+21(3an-1+8bn-1)
=8an-an-1+8(8an-1+21bn-1)=16an-an-1
bn+1=3an+8bn=3(8an-1+21bn-1)+8bn
=8(3an-1+8bn-1)+8bn-bn-1)=16bn-bn-1
より
an+1=16an−an-1,bn+1=16bn−bn-1
(8+3√7)^1=(8+3√7)→(8,3)
(8+3√7)^2=(127+48√7)→(127,48)
α,βを2次方程式x^2−16x+1=0の根8±3√7として,初期値をa1=8,a2=127,b1=3,b2=48とすると
an/bn→ √7
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^2−16x+1=0の根8±3√7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)
α=8+3√7,β=8−3√7,初期値をa1=8,a2=127とすると
an=1/6√7{(8+3√7)^n-1(63+24√7)-(8−3√7)^n-1(63-24√7)}
a1=8、a2=127
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=3,b2=48とすると
bn=1/6√7{(8+3√7)^n-1(24+9√7)−(8−3√7)^n-1(24-9√7)}
b1=3、b2=48
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