■2次無理数の有理数近似(その69)

 an^2−8bn^2=1

が成り立つ最小解は(a,b)=(3,1)である.

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【1】√8に収束する数列

√7の最良近似では

  (3+√8)^n=an+bn√8

  (3−√8)^n=an−bn√8

これらの数列は

  an^2−8bn^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+√8bn+1=(3+√8)(an+√8bn)

          =(3an+8bn)+√8(an+3bn)

より

  an+1=3an+8bn

  bn+1=an+3bn

  an+1=3an+8bn=3an+8(an-1+3bn-1)

 =3an-an-1+3(3an-1+8bn-1)=6an-an-1

  bn+1=an+3bn=(3an-1+8bn-1)+3bn

 =3(an-1+3bn-1)+3bn-bn-1)=6bn-bn-1

より

  an+1=6an−an-1,bn+1=6bn−bn-1

(3+√8)^1=(3+√8)→(3,1)

(3+√8)^2=(17+6√8)→(17,6)

 α,βを2次方程式x^2−6x+1=0の根3±√8として,初期値をa1=3,a2=17,b1=1,b2=6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3±√8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=3+√8,β=3−√8,初期値をa1=3,a2=17とすると

  an=1/2√8{(3+√8)^n-1(8+3√8)-(3−√8)^n-1(3-3√8)}

a1=3、a2=17

 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=1,b2=6とすると

  bn=1/2√8{(3+√8)^n-1(3+√8)−(3−√8)^n-1(3-√8)}

b1=1、b2=6

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