【摘要】:下面我们先将循环节长是2的循环截推到一般。则此等式应一代数方程即pX2+pqX-q=0得这就为(p,q)循环截的的根式表达。的周期性循环节逼近原辗转截显然还可继续。不同长周期循环截尾巴。用§5中(p,q)循环截得公式方法四:视C1=7C2+C3,C2=5C3+C4,C3=6C4+C5;……则用§5中式:方法五:将所有已知五式视为无限循环截的一个循环节,则有记E长为1,C0长为X,C1长则为。的循环截逐替而逼近。这是讨论一般循环截之结论。
(1,K)循环截是在的各子区间依K不同,各嵌入一个根式表达已知,逼近的有理序列可递推生成的无理数。
下面我们先将循环节长是2的循环截推到一般。
1.(p,q)循环截
E=pC0+C1,C0=qC1+C2,C1=pC2+C3,C2=qC3+C4,……极限地看,即都看往后的无限个辗转式,有记E长为1,C0长为X
则C1长为(1-pX),C2长为X-q(1-pX)=(1+pq)X-q。
则此等式应一代数方程
即pX2+pqX-q=0
得
这就为(p,q)循环截的的根式表达。
当p=1,q=K,就是(1,K)循环截的的根式表达。由(p,q)循环截我们就可在中依q不同嵌入无数个根式表达已知的无理数。
例: (3,5)循环截
代公式(1),
依§2中列表计算:
辗转相截式 舍入近似中止辗转式亏盈约去的公度
显然由这节公式(1)得的是准确值(根式表达)。如果不从它法开平方根,则由此表得有理数序列而得的近似值也不难。
2.(p,q,r)循环截
E=pC0+C1,C0=qC1+C2,C1=rC2+C3,C2=pC3+C4,……极限地,有
记E长为1,C0长为X,则C1=(1-pX)
C2长为X-q(1-pX)=(1+pq)X-q
C3长为(1-pX)-[r(1+pq)X-q]=-(p+r+rpq)X+1+rq,则等式应代数方程
即(1+pq)X2+(p-q+r+rpq)X-(1+rq)=0
则
这就为(p,q,r)循环截的的根式表达。
特别的,当p=q=1,r=K,即(1,1,K)循环截。
(1,1,K)得当K→∞,有读者自己去验之。
例:(1,1,3)循环截
由上述公式得
用§2中表格式,用前两周期辗转式得
(p,q,r)循环截,为在中依q变依r变,密密地可嵌入根式表达已知的无限个多无理数。
3.凡循环截,则皆有二次方程根式的平方根式表达式
(m0,m1,……,ml-1;m0,m1,……,ml-1;……)为循环节为L长的循环截。
由E=m0C0+C1,……,CL-2=mL-1+CL-2,CL-1=m0CL+CL+1,……极限地,必有
显然,各Ci的长度都可表为X的一次式,故一定对应一二次方程,由此可得结论:
一定是此二次方程的根。
4.凡无限辗转相截过程,可由长度L=1,2,3,4,……的循环节的循环截逼近
设(m0,m1,m2,m3,……)为一无限辗转相截,
(m0,m0,m0,……)周期长为L=1的循环截
(m0,m1;m0,m1;……)周期长为L=2的循环截
(m0,m1,m2;m0,m1,m2;……)周期长为L=3的循环截
……
(m0,m1,…,mL-1;m0,m1…mL-1;……)周期长为L=L的循环截
……
L→∞“循环截”实“复原”(m0,m1,m2,……)。(数学上的∞就有如此之妙!)
由此便可肯定,任意一个无理数,总可由都是二次方程的根的平方根式表达的序列逼近!
例,(m0,m1,……)=(1,2,3,4,5,……)
求其逼近的根式序列。
①记E长为1,C0长为X,求各Ci的长。
②用L=1,2,3,4……的周期性循环节逼近原辗转截
显然还可继续。当L=1,循环截(1,1,1,1,1……)与K=1等比截同;L=2,循环截为(1,2,1,2……)与K=2的(1,K)循环截同,注意§2中有理序列是“中止”辗转,只变Ci-1=miCi+Ci+1为Ci-1=miCi=miCi和Ci-1=(mi+1)Ci而有限步地返算回去。而这里是用了对以后的无限项的假设,将原无限辗转截的无限长尾巴变成了依L=1,2,3,……不同长周期循环截尾巴。所得根式值一定是在由有限一步,有限两步,……定的亏值、盈值之间。
例: (m0,m1,m2,……)=(9,1,8,7,2,1,1,5,9……)
①E长1,C0长X,求各Ci长。
②以L=1,2,3,4,5,6,7……为循环节的循环截逼近。
到现在,一个无理数的逼近,我们既有有规律操作的有理序列,又有有规律操作的平方根表达的无理数序列,丰富了§2的一般讨论。
这里举一综合应用诸方法的例子:
例 已知E=3C0+C1,C0=2C1+C2,C1=7C2+C3,C2=5C3+C4,C3=6C4+C5为一无限辗转相截的前五式,求无理数的近似值。
方法一:(§2中法)
方法二:视C3=6C4+C5,……为K=6等比截,用§3公式
方法三:视C2=5C3+C4,C3=6C4+C5,……为(p,q)=(5,6)的循环截。用§5中(p,q)循环截得公式(1)
方法四:视C1=7C2+C3,C2=5C3+C4,C3=6C4+C5;……为(p、q、r)=(7、5、6)的循环截。则用§5中(2)式:
方法五:将所有已知五式视为无限循环截的一个循环节,则有
记E长为1,C0长为X,C1长则为(1-3X)。
C2长则为X-2(1-3X)=7X-2
C3长则为(1-3X)-7(7X-2)=-52X+15
C4长则为(-52X+15)-6(267X-77)=-1654X+477。
应有
为-X的二次方程267X2+1577X-477=0
由此
通过这一例,将我们讲过的方法都验了一遍。方法一是§2的,方法二至方法五则是对未知的无限步作不同假设用已得公式。显然,其值都在方法一决定的亏盈二值之间。每法都是用尽已知信息,精度也都在同一水平。说明虽然我们是从不同角度讨论这无限辗转相截,但没有出矛盾!
任意一个无限辗转相截,可以用循环节L=1,2,3……的循环截逐替而逼近。而L=1,2,3……之每个假设又应一关于X(记E长为1,C0长为X)的二次方程。由此,这任意无限辗转相截生成之无理数又表为了这序列二次方程根之极限!这是讨论一般循环截之结论。(www.chuimin.cn)
从§2开始,以辗转相截说实数。然后又以研究无限辗转相截研究无理数,没有陷入“无限不循环小数”那一把10-nE定的小巷,而是“近距离”具体畅览了这无理数世界。§2~§5只是七旬老人之跛脚导游。这样的讨论实数,会美不胜收!等着年轻的朋友!
§6的步进开平方公式序列,是在讨论等比截中之一顺手牵之一肥羊,其味也无穷。
附1:逼近无理数的序列的代数方程法
在本节处理循环截时,我们设E长为1,C0长为X,并将C1,C2……都用X的一次式表其长。这里,我们索性用等号,将E,C0,C1,……代数化。如下例:
在§2中,我们说“舍”Ci,到这里不就是让Ci=0,那里是返算回去,这里就直接解方程:
令C1=0,得由于C1>0,即1-2X真>0,故这里得的当为的盈值。
令C2=0,得由于C2=11X真-5>0,故故这里得的当为的亏值。
皆如此运算,我们先得由“舍”而得之各项如右:
所空之亏或盈,显然该是§2中之“入”Ci为一个Ci-1,而得。于这里,便是令Ci=Ci-1。
由C1=C0,1-2X=X,得
由C2=C1,11X-5=1-2X,得
由C3=C2,41-90X=11X-5,得
显然,空处之X值为近两亏盈值之分子加分子,分母加分母便得。
如此例,亏,盈,序列便如右完成。
显然,只要将辗转相截式转为代数式无误,这样形成逼近的有理亏序列,有理盈序列比§2中之返算快捷些。
例:
以上则实现§2的运算。令C1=0和C1=C0,显然约去的公度也就是C0,……,步步如此!
不妨以此例再做L=1,2,3,……的循环截逼近。
前面的有理数序列,每项是从辗转截的前有限辗转步得,有盈,亏。而循环截逼近,是假设了以后的无限辗转是循环,假设后得的式序列的表达,故其值一定在前面的序列中相应的亏,盈之间。
附2:对循环节全知的无限循环截都可有的有理逼近序列的递推式和的确凿根式表达式,论述如下。
1.先看(1,K)循环截,(1,1,K)循环截、(1,1,1,K)循环截这一类
我们就以(1,1,1,K)循环截细述:
①从第一循环节得p1,q1,
这是由C2=KC3+C4对余C4作舍和入C4为一个C3,以C3为公度,返算回C0、E,然后又在比时约去公度C3,§4节中,我们引入了“赋值句”(计算机语句),若在上面两列前面加上C3=1赋值句,则返算过程中便不见C3字母符号了,等着数值计算。
求这不等式将亏,盈也表明白了。
②从pi-1,qi-1递推pi,qi
要得pi,qi,需经过共i个循环节,要从第i个循环节开始返算,第i个循环节的最末一句是C4i-2=KC4i-1+C4i,舍C4i;或入C4i后,以C4i-1为公度返算,返算至C0得pi,返算到E是qi,而pi-1、qi-1的返算比pi、qi要少一个循环节,故只要返算式的最前加面加了赋值句C4i-1=1,则过程中全不受C4i-1字母符分干扰!!
由此便得递推式:
由于这里循环节长L=4,故递推式无盈、亏摆动而左右交叉
约去的是公度C4i-1不左右摆动地依i=2,3,4……递推
在递推式中令K=4,为(1,1,1,4)循环截,并令则递推式两端取极限,可得
2014年,我们欲几何作图证从(1,1,1,4)循环截,未果!解方程X2=7不能说其无限循环,今在此得确凿证明,并可从递推式得其欲得精度之近似值
依 0.642857142 0.647058823
递推 0.64573991 0.645756457
仔细查读(2)式(3)式,(1,1,K)循环截,(1,K)循环截所需数据都在里边:
对(1,1,K),可查得
由于L=3,递推时盈亏摆动,有左、右交叉。
令设也即上面递推式要端取极限,便有
代K=9,即(1,1,9)循环截:
依
递推
显然的近似值也可由此得。
对(1,K)循环截,从(2)式中我们找到
从(3)中,我们找出了
由于循环节L长为2,故递推时不盈亏左右交叉摆动。
在§4中,我们是盈亏分别用字母,并左右兼看变化,才有游龙式递推,个性强并用了归纳法,也有趣味。
例:取K=3,则用递推
注意的是,这里用“赋值句”前置而避开返算过程中公度字母的纠缠,正是在§4节萌生的,所以对§4要深入领会,再是引入了“赋值句”,辗转相截句也可计算机接受了,这是年轻人的必由之路!!
这样的对已知循环节的无循环截,显然还可使因循环节短而收敛慢的循环截加速收敛。
2.长鞭打慢牛——加速算法
收敛最慢者,要算K=1的等比截,我们以十个1构成一个循环截节L=10的长循环节做无限循环截
①由第一循环节得p1,q1
②由pi-1,qi-1递推pi,qi
得pi、qi要经过10i个循环节,第10i个循环节的最后句该是C10i-2=C10i-1+C10i,舍C10i或入C10i为一个C10i-1的起返算的,要赋值句是C10i-1=1,运行到C0便为pi,到E便为qi,而pi-1,qi-1,只比pi,qi少经一个循环节,即运行到C10=C11+C12便得pi-1值,运行到C9=C10+C11便得qi-1值。
得递推公式为
由于L=10故不盈亏左右交叉摆动
依 0.617977…… 0.6180555
递推 0.618033985 0.61803399
由此可得结论:凡是已知循环节的无限循环截,都可以这样的有逼近的有理数序列的递推生成,都可有用二次根式表达的确凿表达式,对循环节越长者,收敛得越快,对循环节L短者,可以nL为新的长循环“加鞭”!
对的“加鞭”!
以九个2构成(2,2,2,2,2,2,2,2,2)循环截,依上面同样方法,可得:
递推式
由于L=9,故递推中是盈亏摆动左右交叉。
依
对的“加鞭”!
以五个(1,2)构成L=10的无限循环截(1,2,1,2,1,2,1,2)循环截:
由于L=10,故不盈亏摆动左右交叉。
§4将计算机用赋值句引,并将辗转相截句也用计算机算法语一样运行,这对年轻人再“辗转”,尤为必要,本册中所有方法都是计算机可为或人机对话而为的,故在§5后附此文很有必要,我是只讲过数值分析(李庆杨本)而不动手操机的,所以在众人“换笔”的时候我“拙”了!望读我册时,将数值题都能计算机上过一遍,尽量少误传!
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