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连分数

连分数

正文

  繁分数

连分数叫做有限连分数。常简记为【α0,α1,…,αn】。当α0是整数、α1,…,αn是正整数时,则叫做有限简单连分数,当n无限时,【α0,α1,…】称为无限简单连分数。通常连分数均指简单连分数。给定一有理数
连分数
,用熟知的辗转相除法,可展成有限连分数即
连分数
,其中α0,α1,…,αN是辗转相除法中依次得到的不完全商,规定αN>1,则表法惟一。如果α是一个无理数,那么α可展成无限连分数,且表法惟一。反之,一有限连分数表一有理数,一无限连分数表一无理数。

  渐近分数和完全商  在连分数【α0,α1,…,αn,…】中取

连分数
连分数

而写

连分数,叫做连分数【α0,α1,…,αn,…】的第n个渐近分数。 定义αń=【αn,αn+1,…】为连分数【α0,α1,…,αn,…】的第n个完全商。

  渐近分数有如下简单关系:

连分数
连分数
连分数

连分数
连分数
连分数

③(pn,qn)=1和qn≥n (n≥2)

连分数

由此可得

连分数存在;⑤设α =【α0,α1,…,αn,…】,n≥1,0<q≤qn,且
连分数
,则
连分数
,故在分母不大于qn的诸分数中,
连分数
与α最接近;⑥设α=【α0,α1,…,αn,…】,则
连分数
;反之,若有一个有理数
连分数
适合
连分数
,则
连分数
必为α的某个渐近分数。

  完全商有如下简单性质:①

连分数,一般地,
连分数
;②αn=【αń】,n=0,1,2,…,由此可推出实数展成连分数时表法惟一。该实数为有理数时,规定最后一个αN>1。

  循环连分数  设α=【α0,α1,…,αn,…】,如果l≥m时,对某个固定的正整数k,有αl=αl+k,那么这样的连分数叫做循环连分数,这种最小的 k叫做它的周期,记为

连分数
连分数
。例如
连分数
等。运用渐近分数、完全商的性质以及,J.-L.拉格朗日证明了有关循环连分数的一个重要定理:一个连分数为循环连分数,则此数是某个有理系数的二次不可约多项式的根;反之亦然。

  当D>0且不是平方数,则

连分数
连分数
,其中函数【x】表示不超过x的最大整数。此外,设佩尔方程x2-Dy2=1的最小解为ε,则
连分数
的周期k满足
连分数

  应用举例  连分数有许多应用。例如:①1891年,A.胡尔维茨证明了:在α 的三个连续渐近分数中必有一个适合

连分数。由此可得,任一无理数α,有无穷多个有理数
连分数
。式中
连分数
是最佳的,即设
连分数
,则必有一无理数α,使
连分数
不能有无穷多个解,如
连分数
就是这样一个数;②设D>0且不是平方数,
连分数
之连分数展开式中αń可表为
连分数
连分数
,此处Pn及Qn皆为整数。设n是最小的正整数,使(-1)n-1Qn=1,则x=pn-1,y=qn-1是佩尔方程x2-Dy2=1的最小解;③利用连分数可以证明数论中一个著名的定理:设素数p呏1(mod4),则p可表为二整数的平方和;④在近似计算方面,如求多项式的根的近似值,等等。

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