神奇的連分數和無理數

2020-12-14 電子通信和數學

連分數和無理數有許多有趣的性質,本篇我們就來了解下:

如下是個簡單的連分數,不斷的替換1,就得到1的連分數

如果我們把第一式子的1替換成2,依然成立,就得到2的連分數

所以得到

顯然這是錯誤的,夥伴們你知道哪裡出錯了麼?繼續往下你就會明白

我們來看無理數的連分數

可以寫成

發現2後面的小數和根號2的小數一樣

所以重複下去就得到根號2的連分數

你會發現根號2的連分數是有1和2組成

如圖是黃金比例的連分數

你會發現帶根號的都會生成周期性的無窮連分數,根號3,根號5 都存在這樣的周期性。

如圖是自然常數e的連分式:

你會發現e的連分式也存在著周期性:2114 116 118..........

我們可以用這些連分數來證明這些數是無理數:

首先從有理數分數說起,一個分數不斷寫成連分數時,必定是有限的收斂的,不會無限延伸下去:

對於無理數如:黃金分割,自然常數 圓周率,這些數的連分數是無限延伸下去的。

如下是π的連分數,按前面所說的方式不斷寫下去,延伸的越多近似程度越高。

你會發現π的接近速度遠高於Φ ,這和他們的連分式有關。

π的連分式都是3,7,15......較大的數逼近程度更快。Φ 的連分式都是1,1,1.......較小的數逼近程度慢。所以黃金比例數被稱為無理數之王。

上圖中寫的分數都是連分式左側最大的整數部分構成的,如π的分數:22/7,333/106.....總是收斂於π

我們一提到黃金比例數,就不得不想到斐波那契數列,它們兩個存在著密切的聯繫,黃金比例數的連分式生成的部分分式的數列,發現存在斐波那契數:

以上就是對連分數和無理數的描述與分析。

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