Jump to content

Номер Пелла

(Перенаправлено с номеров Пелла )
Стороны квадратов , из которых построена серебряная спираль, представляют собой числа Пелла.

В математике числа Пелла представляют собой бесконечную последовательность целых чисел , известную с древних времен, которые составляют знаменатели ближайших рациональных приближений к квадратному корню из 2 . Эта последовательность приближений начинается 1 / 1 , 3 / 2 , 7 / 5 , 17/12 и 41/29 сопутствующих чисел , поэтому последовательность чисел Пелля начинается с 1, 2, 5, 12 и 29. Числители той же последовательности приближений составляют половину Пелла или чисел Пелла – Люкаса ; эти числа образуют вторую бесконечную последовательность, которая начинается с 2, 6, 14, 34 и 82.

И числа Пелла, и сопутствующие числа Пелла могут быть вычислены с помощью рекуррентного соотношения, аналогичного соотношению для чисел Фибоначчи , и обе последовательности чисел растут экспоненциально , пропорционально степеням отношения серебра 1 + 2 . Числа Пелла не только используются для приближения квадратного корня из двух, но и для поиска квадратно-треугольных чисел , для построения целочисленных приближений к прямоугольному равнобедренному треугольнику и для решения некоторых перечисления . комбинаторных задач [1]

Как и в случае с уравнением Пелла , название чисел Пелла происходит от ошибочного приписывания Леонардом Эйлером уравнения и выведенных из него чисел Джону Пеллу . Числа Пелла-Люкаса также названы в честь Эдуарда Лукаса , который изучал последовательности, определяемые повторениями этого типа; числа Пелла и сопутствующие числа Пелла являются последовательностями Люка .

Номера Пелла [ править ]

Числа Пелла определяются рекуррентным соотношением :

Проще говоря, последовательность чисел Пелла начинается с 0 и 1, а затем каждое число Пелла представляет собой сумму удвоенного числа предыдущего числа Пелла и числа Пелла перед ним. Первые несколько членов последовательности:

0, 1, 2, 5, 12, 29, 70, 169, 408, 985, 2378, 5741, 13860, … (последовательность A000129 в OEIS ).

Аналогично формуле Бине числа Пелла также можно выразить формулой замкнутой формы

Для больших значений n ( 1 + 2 ) н В этом выражении доминирует член, поэтому числа Пелла примерно пропорциональны степеням серебряного сечения 1 + 2 , что аналогично скорости роста чисел Фибоначчи как степеней золотого сечения .

Возможно третье определение из матричной формулы

многие личности можно вывести или доказать На основе этих определений ; например, тождество, аналогичное тождеству Кассини для чисел Фибоначчи,

является непосредственным следствием матричной формулы (находится путем рассмотрения определителей матриц в левой и правой частях матричной формулы). [2]

Приближение к квадратному корню из двух [ править ]

Рациональные приближения к правильным восьмиугольникам с координатами, полученными из чисел Пелла.

Числа Пелла возникают исторически и особенно в рациональном приближении к 2 . Если два больших целых числа x и y образуют решение уравнения Пелля

тогда их соотношение x / y обеспечивает близкое приближение к 2 . Последовательность аппроксимаций этого вида такова:

где знаменатель каждой дроби представляет собой число Пелла, а числитель представляет собой сумму числа Пелла и его предшественника в последовательности. То есть решения имеют вид

Приближение

этот тип был известен индийским математикам в третьем или четвертом веке до нашей эры. [3] Греческие математики пятого века до нашей эры также знали об этой последовательности приближений: [4] Платон называет числители рациональными диаметрами . [5] Во втором веке нашей эры Теон из Смирны использовал термин « числа сторон и диаметров» для описания знаменателей и числителей этой последовательности. [6]

Эти приближения могут быть получены из цепных дробей разложения :

Усечение этого разложения до любого количества членов дает одно из приближений этой последовательности на основе чисел Пелла; например,

Как описывает Кнут (1994), тот факт, что числа Пелля приближаются к 2, позволяет использовать их для точных рациональных приближений к правильному восьмиугольнику с координатами вершин Pi , ± Pi +1 ( ) и ( ± Pi ± +1 , ± П я ) . Все вершины одинаково удалены от начала координат и образуют почти одинаковые углы вокруг начала координат. Альтернативно, точки , , и образуют приблизительные восьмиугольники, в которых вершины почти одинаково удалены от начала координат и образуют одинаковые углы.

Простые числа и квадраты [ править ]

Простое число Пелла — это число Пелла, которое является простым . Первые несколько простых чисел Пелла равны

2, 5, 29, 5741, 33461, 44560482149, 1746860020068409, 68480406462161287469, ... (последовательность A086383 в OEIS ).

Индексы этих простых чисел в последовательности всех чисел Пелла равны

2, 3, 5, 11, 13, 29, 41, 53, 59, 89, 97, 101, 167, 181, 191, 523, 929, 1217, 1301, 1361, 2087, 2273, 2393, 8093, .. (последовательность A096650 в OEIS )

Все эти индексы сами по себе являются простыми. Как и в случае с числами Фибоначчи, число Пелля P n может быть простым только в том случае, если n само является простым, потому что, если d является делителем n , то P d является делителем P n .

Единственные числа Пелла, которые являются квадратами , кубами или целыми числами более высокой степени, — это 0, 1 и 169 = 13. 2 . [7]

Однако, несмотря на небольшое количество квадратов и других степеней, числа Пелла тесно связаны с квадратно-треугольными числами . [8] В частности, эти числа возникают из следующего тождества чисел Пелля:

Левая часть этого тождества описывает квадратное число, а правая — треугольное число , поэтому результатом является квадратное треугольное число.

Фалькон и Диас-Барреро (2006) доказали еще одно тождество, связав числа Пелля с квадратами и показав, что сумма чисел Пелля до P 4 n +1 всегда является квадратом:

Например, сумма чисел Пелля до P 5 , 0 + 1 + 2 + 5 + 12 + 29 = 49 , представляет собой квадрат P 2 + P 3 = 2 + 5 = 7 . Числа P 2 n + P 2 n +1, образующие квадратные корни из этих сумм,

1, 7, 41, 239, 1393, 8119, 47321, … (последовательность A002315 в OEIS ),

известны как числа Ньюмана-Шенкса-Вильямса (НЮУ) .

Пифагоровы тройки [ править ]

Целые прямоугольные треугольники с почти равными сторонами, полученные на основе чисел Пелла.

Если прямоугольный треугольник имеет целые длины сторон a , b , c (обязательно удовлетворяющие теореме Пифагора a 2 + б 2 = с 2 ), то ( a , b , c ) называется тройкой Пифагора . Как описывает Мартин (1875), числа Пелла можно использовать для формирования пифагоровых троек, в которых a и b отстоят друг от друга на одну единицу, что соответствует почти равнобедренным прямоугольным треугольникам. Каждая такая тройка имеет вид

Образованная таким образом последовательность пифагорейских троек имеет вид

(4,3,5), (20,21,29), (120,119,169), (696,697,985), …

Числа Пелла–Лукаса [ править ]

Сопутствующие числа Пелла или числа Пела – Люкаса определяются рекуррентным соотношением

Другими словами: первые два числа в последовательности равны 2, и каждое последующее число образуется путем двойного прибавления предыдущего числа Пелла-Лукаса к числу Пелла-Лукаса перед этим или, что то же самое, путем добавления следующего числа Пелла к предыдущему. Число Пелла: таким образом, 82 соответствует 29, а 82 = 2 × 34 + 14 = 70 + 12. Первые несколько членов последовательности (последовательность A002203 в OEIS ): 2 , 2, 6 , 14 , 34. , 82 , 198 , 478 , …

Подобно взаимосвязи между числами Фибоначчи и числами Люка ,

для всех натуральных чисел n .

Сопутствующие числа Пелла могут быть выражены формулой замкнутой формы

Все эти числа четные ; каждое такое число в два раза больше числителя в одном из рациональных приближений к обсуждалось выше.

Как и последовательность Лукаса, если число Пелля-Люкаса 1/2 n было Q n простое число, необходимо, чтобы либо простым числом, либо степенью 2 . Простые числа Пелла – Лукаса:

3, 7, 17, 41, 239, 577, … (последовательность A086395 в OEIS ).

Для n этих

2, 3, 4, 5, 7, 8, 16, 19, 29, 47, 59, 163, 257, 421, … (последовательность A099088 в OEIS ).

Вычисления и связи [ править ]

В следующей таблице приведены первые несколько степеней отношения серебра δ = δ S = 1 + 2 и его сопряженного δ = 1 − 2 .

н (1 + 2 ) н (1 − 2 ) н
0 1 + 0 2 = 1 1 − 0 2 = 1
1 1 + 1 2 = 2.41421… 1 − 1 2 = −0.41421…
2 3 + 2 2 = 5.82842… 3 − 2 2 = 0.17157…
3 7 + 5 2 = 14.07106… 7 − 5 2 = −0.07106…
4 17 + 12 2 = 33.97056… 17 − 12 2 = 0.02943…
5 41 + 29 2 = 82.01219… 41 − 29 2 = −0.01219…
6 99 + 70 2 = 197.9949… 99 − 70 2 = 0.0050…
7 239 + 169 2 = 478.00209… 239 − 169 2 = −0.00209…
8 577 + 408 2 = 1153.99913… 577 − 408 2 = 0.00086…
9 1393 + 985 2 = 2786.00035… 1393 − 985 2 = −0.00035…
10 3363 + 2378 2 = 6725.99985… 3363 − 2378 2 = 0.00014…
11 8119 + 5741 2 = 16238.00006… 8119 − 5741 2 = −0.00006…
12 19601 + 13860 2 = 39201.99997… 19601 − 13860 2 = 0.00002…

Коэффициенты представляют собой полукомпаньонные числа Пелля H n и числа Пелля P n, которые являются (неотрицательными) решениями H   2 − 2 П   2 = ±1 . – Квадратно-треугольное число это число

которое одновременно является t -м треугольным числом и s -м квадратным числом. Почти равнобедренная тройка Пифагора является целочисленным решением задачи  2 + б  2 = с  2 где а + 1 = б .

В следующей таблице показано, что разделение нечетного числа H n на почти равные половины дает квадратно-треугольное число, когда n четное, и почти равнобедренную пифагорову тройку, когда n нечетное. Все решения возникают таким образом.

н Ч н П н т т + 1 с а б с
0 1 0 0 1 0    
1 1 1    0 1 1
2 3 2 1 2 1    
3 7 5    3 4 5
4 17 12 8 9 6    
5 41 29    20 21 29
6 99 70 49 50 35    
7 239 169    119 120 169
8 577 408 288 289 204    
9 1393 985    696 697 985
10 3363 2378 1681 1682 1189    
11 8119 5741    4059 4060 5741
12 19601 13860 9800 9801 6930    

Определения [ править ]

Полукомпаньонные числа Пелля H n и числа Пелля P n могут быть получены несколькими легко эквивалентными способами.

Возведение в полномочия [ править ]

Отсюда следует, что существуют закрытые формы :

и

Парные рецидивы [ править ]

Формулы взаимной рекуррентности [ править ]

Пусть n будет не менее 2.

формулировки Матричные

Так

Приближения [ править ]

Разница между H n и P n 2 составляет

который быстро стремится к нулю. Так

чрезвычайно близок к 2 H n .

Из этого последнего наблюдения следует, что целочисленные отношения H n / P n быстро приближается к √ 2 ; и H n / H n -1 и P n / P n −1 быстро приближается к 1 + 2 .

ЧАС   2 − 2 П   2 = ±1 [ править ]

Поскольку 2 иррационально, мы не можем иметь H / P = 2 , т. е.

Лучшее, чего мы можем достичь, это либо

(Неотрицательные) решения H   2 − 2 П   2 = 1 — это в точности пары ( H n , P n ) с четным n и решения H   2 − 2 П   2 = −1 — это в точности пары ( H n , P n ) с n нечетным. Чтобы увидеть это, сначала заметьте, что

так что эти различия, начиная с H   2
0
- 2 П   2
0
= 1
, попеременно 1 и −1. Затем обратите внимание, что каждое положительное решение получается таким образом из решения с меньшими целыми числами, поскольку

Меньшее решение также имеет целые положительные числа, за одним исключением: H = P = 1 , которое происходит от H 0 = 1 и P 0 = 0.

Квадратные треугольные числа [ править ]

Требуемое уравнение

эквивалентно который становится H   2 = 2 П   2 + 1 с заменами H = 2 t + 1 и P = 2 s . Следовательно, n -е решение есть

Заметим, что t и t + 1 взаимно простые, так что т ( т + 1) / 2 = с  2 происходит именно тогда, когда они являются соседними целыми числами, одно из которых представляет собой квадрат H   2 а другой дважды квадрат 2 П   2 . Поскольку мы знаем все решения этого уравнения, мы также имеем

и

Это альтернативное выражение показано в следующей таблице.

н Ч н П н т т + 1 с а б с
0 1 0       
1 1 1 1 2 1 3 4 5
2 3 2 8 9 6 20 21 29
3 7 5 49 50 35 119 120 169
4 17 12 288 289 204 696 697 985
5 41 29 1681 1682 1189 4059 4060 5741
6 99 70 9800 9801 6930 23660 23661 33461

Пифагоровы тройки [ править ]

Равенство c  2 = а  2 + ( а + 1)  2 = 2 а  2 + 2 a + 1 происходит именно тогда, когда 2 c  2 = 4 а  2 + 4 a + 2, что становится 2 P   2 = Ч   2 + 1 с заменами H = 2 a + 1 и P = c . Следовательно, решение есть n = n ЧАС 2 п +1 - 1 / 2 и c п знак равно п 2 п +1 .

В таблице выше показано, что в том или ином порядке a n и b n = a n + 1 равны H n H n +1 и 2 P n P n +1, тогда как c n = H n +1 P n + P п +1 Ч н .

Примечания [ править ]

  1. ^ Например, Селлерс (2002) доказывает, что количество идеальных паросочетаний в декартовом произведении графа путей и графа K 4 - e можно вычислить как произведение числа Пелла на соответствующее число Фибоначчи.
  2. ^ О матричной формуле и ее последствиях см. Ercolano (1979) и Kilic and Tasci (2005). Дополнительные идентификаторы чисел Пелла перечислены Хорадамом (1971) и Бикнеллом (1975).
  3. ^ Как записано в Шульба-сутрах ; см., например, Дутка (1986), который цитирует Тибо (1875) для получения этой информации.
  4. ^ См. Knorr (1976) для даты V века, которая соответствует утверждению Прокла о том, что числа сторон и диаметров были открыты пифагорейцами . Более подробное исследование более поздних греческих знаний об этих числах см. в Thompson (1929), Vedova (1951), Ridenhour (1986), Knorr (1998) и Filep (1999).
  5. ^ Например, как отмечается в некоторых ссылках из предыдущей заметки, в « Государстве Платона » есть ссылка на «рациональный диаметр 5», под которым Платон имеет в виду 7, числитель приближения. 7/5 из которых 5 является знаменателем.
  6. ^ Хит, сэр Томас Литтл (1921), История греческой математики: от Фалеса до Евклида , Courier Dover Publications, стр. 112, ISBN  9780486240732 .
  7. ^ Пето (1992); Кон (1996). Хотя числа Фибоначчи определяются по принципу повторяемости, очень похожему на числа Пелла, Кон пишет, что аналогичный результат для чисел Фибоначчи доказать гораздо труднее. (Однако это было доказано в 2006 году Бюжо и др.)
  8. ^ Сесскин (1962). о квадратно-треугольных числах . Более подробный вывод см. В статье

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 69465bcfad7b05f2cef6e82a1279d6c2__1704527760
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/69/c2/69465bcfad7b05f2cef6e82a1279d6c2.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Pell number - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)