■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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