HL Academy - Chata Lopata Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky / 27

Podobné dokumenty
Metody výpočtu limit funkcí a posloupností

1 Polynomiální interpolace

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ INTEGRACE RACIONÁLNÍCH FUNKCÍ

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Základy aritmetiky a algebry II

Věta o dělení polynomů se zbytkem

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Na této přednášce se budeme zabývat vyjádřením reálných čísel ve tvaru tzv. řetězových zlomků, tj. výraz. 1 a a 2+...

)(x 2 + 3x + 4),

11. Číselné a mocninné řady

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Matematika 2 LS 2012/13. Prezentace vznikla na základě učebního textu, jehož autorem je doc. RNDr. Mirko Rokyta, CSc. J. Stebel Matematika 2

0.1 Úvod do lineární algebry

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

Příklad. Řešte v : takže rovnice v zadání má v tomto případě jedno řešení. Pro má rovnice tvar

INTEGRÁLY S PARAMETREM

Pomocný text. Polynomy

0.1 Úvod do lineární algebry

4C. Polynomy a racionální lomené funkce. Patří mezi tzv. algebraické funkce, ke kterým patří také funkce s odmocninami. Polynomy

Matematika 2 Úvod ZS09. KMA, PřF UP Olomouc. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MA2AA ZS09 1 / 25

Základy elementární teorie čísel

Matematická analýza pro informatiky I. Limita funkce

Posloupnosti a jejich limity

Základy elementární teorie čísel

Úvod. Integrování je inverzní proces k derivování Máme zderivovanou funkci a integrací získáme původní funkci kterou jsme derivovali

Definice (Racionální mocnina). Buď,. Nechť, kde a a čísla jsou nesoudělná. Pak: 1. je-li a sudé, (nebo) 2. je-li liché, klademe

Univerzita Karlova v Praze Pedagogická fakulta

Limita funkce. FIT ČVUT v Praze. (FIT) Limita funkce 3.týden 1 / 39

Matematika III. Miroslava Dubcová, Daniel Turzík, Drahoslava Janovská. Ústav matematiky

[1] Definice 1: Polynom je komplexní funkce p : C C, pro kterou. pro všechna x C. Čísla a 0, a 1,..., a n nazýváme koeficienty polynomu.

Lineární rovnice. Rovnice o jedné neznámé. Rovnice o jedné neznámé x je zápis ve tvaru L(x) = P(x), kde obě strany tvoří výrazy s jednou neznámou x.

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Číselné posloupnosti

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

Polynomy. Mgr. Veronika Švandová a Mgr. Zdeněk Kříž, Ph. D. 1.1 Teorie Zavedení polynomů Operace s polynomy...

p 2 q , tj. 2q 2 = p 2. Tedy p 2 je sudé číslo, což ale znamená, že

MATEMATIKA. Diofantovské rovnice 2. stupně

Těleso racionálních funkcí

Limita a spojitost LDF MENDELU

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

Maturitní témata profilová část

a a

Matematika I (KMI/5MAT1)

Západočeská univerzita v Plzni FAKULTA PEDAGOGICKÁ KATEDRA MATEMATIKY, FYZIKY A TECHNICKÉ VÝCHOVY

Matematika 1 Jiˇr ı Fiˇser 19. z aˇr ı 2016 Jiˇr ı Fiˇser (KMA, PˇrF UP Olomouc) KMA MAT1 19. z aˇr ı / 19

Matematická analýza III.

Matematická analýza pro informatiky I. Limita posloupnosti (I)

Lineární algebra : Polynomy

Soustavy lineárních rovnic-numerické řešení. October 2, 2008

Je založen na pojmu derivace funkce a její užití. Z předchozího studia je třeba si zopakovat a orientovat se v pojmech: funkce, D(f), g 2 : y =

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ

2.8.6 Čísla iracionální, čísla reálná

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0308. Matematika

Primitivní funkce a Riemann uv integrál Lineární algebra Taylor uv polynom Extrémy funkcí více prom ˇenných Matematika III Matematika III Program

Aplikace derivace a průběh funkce

Úvod, základní pojmy, funkce

Lineární rovnice pro učební obory

Matematika Kvadratická rovnice. Kvadratická rovnice je matematický zápis, který můžeme (za pomoci ekvivalentních úprav) upravit na tvar

Variace. Lineární rovnice

Přednáška 6, 7. listopadu 2014

MAT 1 Mnohočleny a racionální lomená funkce

Zbytky a nezbytky Vazební věznice Orličky Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky / 22

Limita ve vlastním bodě

P 1 = P 1 1 = P 1, P 1 2 =

Komplexní analýza. Fourierovy řady. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

Funkce a lineární funkce pro studijní obory

Lineární algebra : Metrická geometrie

Zavedení a vlastnosti reálných čísel

Diskrétní matematika 1. týden

Mgr. Ladislav Zemánek Maturitní okruhy Matematika Obor reálných čísel

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

1. Několik základních pojmů ze středoškolské matematiky. Na začátku si připomeneme následující pojmy:

Operace s maticemi. 19. února 2018

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

Otázky z kapitoly Posloupnosti


Limita a spojitost funkce

V exponenciální rovnici se proměnná vyskytuje v exponentu. Obecně bychom mohli exponenciální rovnici zapsat takto:

13. přednáška 13. ledna k B(z k) = lim. A(z) = M(z) m 1. z m.

Polynomy nad Z p Konstrukce faktorových okruhů modulo polynom. Alena Gollová, TIK Počítání modulo polynom 1/30

Michal Fusek. 10. přednáška z AMA1. Ústav matematiky FEKT VUT, Michal Fusek 1 / 62

IV. Základní pojmy matematické analýzy IV.1. Rozšíření množiny reálných čísel

1 Topologie roviny a prostoru

ZLOMKY A RACIONÁLNÍ ČÍSLA. Pojem zlomku. Zlomek zápis části celku. a b. a je část, b je celek, zlomková čára

55. ročník matematické olympiády

M - Pythagorova věta, Eukleidovy věty

1 Posloupnosti a řady.

Nekonečné číselné řady. January 21, 2015

1,2,3,6,9,18, 1,2,3,5,6,10,15,30.

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Vlastní čísla a vlastní hodnoty. študenti MFF 15. augusta 2008

Soustavy lineárních rovnic-numerické řešení

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

Příklad 1. Řešení 1a Máme vyšetřit lichost či sudost funkce ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 3

Lineární funkce, rovnice a nerovnice 3 Soustavy lineárních rovnic

Lineární funkce, rovnice a nerovnice 4 lineární nerovnice

Transkript:

Řetězové zlomky HL Academy - Chata Lopata 2012 13.2. 18.2.2012 Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 1 / 27

Obsah 1 Úvod 2 Základní pojmy 3 Konečné řetězové zlomky Sblížené zlomky Euklidův algoritmus 4 Nekonečné řetězové zlomky Konvergence Iracionální čísla Periodické řetězové zlomky 5 Aplikace řetězových zlomků Neurčitá rovnice prvního stupně Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 2 / 27

Motivace Úvod Pohádky tisíce a jedné noci Šahrazád pokrývala koberec hedvábnými čtverci Vždy největší možný čtverec, jestliže jich bylo víc, tak všechny Poměr délky ku šířce racionální číslo Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 3 / 27

Motivace pokračování Úvod Obdélník s rozměry 83x181. 2x 83x83, zbyde 83x15 5x 15x15, zbyde 8x15 1x 8x8, zbyde 8x7 1x 7x7, zbyde 1x7 7x 1x1, pokryto 181 83 = 83 + 83 + 15 83 = 2 + = 2 + 1 83 15 = 2 + 1 5 + 1 15 8 1 1 5 + 1 = 2 + 5 + 1 1+ 1 8 1+ 1 1+ 1 7 7 Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 4 / 27

Základní pojmy Základní pojmy definice Řetězovým zlomkem nazýváme výraz a 1 + a 2 + b 1 b 2 a 3 + b 3 a 4 +... kde a k, b k pro k = 1, 2,... mohou být reálná nebo komplexní čísla. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 5 / 27

Základní pojmy poznámka Řetězový zlomek nazveme konečný, jestliže má konečný počet prvků. nekonečný, jestliže má nekonečný počet prvků. pravidelný, jestliže všechny čitatele se rovnají 1 a všechny jmenovatele jsou přirozená čísla. poznámka Místo psaní složitých výrazů častěji používáme pro řetězové zlomky tvar [a 1, a 2,..., a n ], číslům a 1, a 2,..., a n říkáme prvky řetězového zlomku. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 6 / 27

Konečné řetězové zlomky Sblížené zlomky Spočítáme řetězové zlomky zepředu Abychom mohli vytvořit rozumnou teorii, která by pokryla i nekonečné zlomky, musíme je umět počítat zepředu. a 1 + a 1 = a 1 1 = P 1 Q 1 a 1 + 1 a 2 = a 1a 2 + 1 a 2 = P 2 Q 2 1 a 2 + 1 = a 1a 2 a 3 + a 1 + a 3 a a 2 a 3 + 1 3 = P 3 Q 3 Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 7 / 27

Sblížené zlomky Konečné řetězové zlomky Sblížené zlomky a 1 + 1 a 1 a 2 a 3 a 4 + a 1 a 2 + a 1 a 4 + a 3 a 4 + 1 a 2 + 1 = = P 4 a a 3 + 1 2 a 3 a 4 + a 2 + a 4 Q 4 a 4. 1 a 1 + 1 a 2 + a 3 + 1 a 4 + + an 1 = P n Q n = p q definice Zlomkům P 1 Q 1, P 2 Q 2,, Pn Q n říkáme sblížené zlomky řetězového zlomku. Poslední sblížený zlomek Pn Q n je roven hodnotě řetězového zlomku, kladnému racionálnímu číslu p q. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 8 / 27

Vlastnosti Konečné řetězové zlomky Sblížené zlomky věta Pro každé k 2 platí následující vztahy: P k = a k P k 1 + P k 2 Q k = a k Q k 1 + Q k 2, pokud formálně položíme P 0 = 1, Q 0 = 0. Důkaz. Matematickou indukcí. poznámka Pro obecný řetězový zlomek platí podobné vzorce: P k = a k P k 1 + b k P k 2, Q k = a k Q k 1 + b k Q k 2 Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 9 / 27

Konečné řetězové zlomky Sblížené zlomky příklad Vypočítejte sblížené zlomky řetězového zlomku [2,2,1,1,2,2]. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 10 / 27

Konečné řetězové zlomky Sblížené zlomky příklad Vypočítejte sblížené zlomky řetězového zlomku [2,2,1,1,2,2]. Řešení. Nejprve sestavíme sblížené zlomky do tabulky. a k a 1 a 2 a 3 a n P k P 1 = a 1 P 2 = a 1 a 2 + 1 a 1 a 2 a 3 + a 1 + a 3 a n P n 1 + P n 2 Q k Q 1 = 1 Q 2 = a 2 a 2 a 3 + 1 a n Q n 1 + Q n 2 Dle vzorečků sestavíme tabulku pro tento řetězový zlomek. a k 2 2 1 1 2 2 P k 2 5 7 12 31 74 Q k 1 2 3 5 13 31 Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 11 / 27

Euklidův algoritmus Konečné řetězové zlomky Euklidův algoritmus Dosud jsme hledali vyjádření řetězového zlomku racionálním číslem. Ted obráceně, tj. najdeme k racionálnímu číslu p q řetězový zlomek. K tomu nám poslouží Euklidův algoritmus. (Algoritmus se v algebře používá na určení největšího společného dělitele.) p = qa 1 + r 1 q = r 1 a 2 + r 2 r 1 = r 2 a 3 + r 3 r n 2 = r n 1 a n + r n Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 12 / 27

Konečné řetězové zlomky Euklidův algoritmus celkově dostaneme: p q = a 1 1 + 1 a 2 + a 3 + + 1 an jediné možné vyjádření a n > 1, nebot pro a n = 1 dává poslední rovnost r n 2 = r n 1 jednoznačné vyjádření Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 13 / 27

Konečné řetězové zlomky Euklidův algoritmus příklad Vypočítejte prvky řetězového zlomku a 1, a 2,, a n čísla 74 31. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 14 / 27

Nekonečné řetězové zlomky Nekonečné řetězové zlomky Konvergence V této kapitole se budeme zabývat nekonečnými pravidelnými řetězovými zlomky, tedy zlomky ve tvaru [a 1, a 2, a 3, ]. Každému nekonečnému řetězovému zlomku odpovídá nekonečná posloupnost sblížených zlomků. definice Řekneme, že nekonečný řetězový zlomek konverguje, jestliže existuje konečná limita P n lim = α, n Q n kde Pn Q n jsou sblížené zlomky řetězového zlomku. Číslo α nazveme hodnotou řetězového zlomku. Jestliže tato limita neexistuje, nebo je rovna ±, řekneme, že řetězový zlomek diverguje. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 15 / 27

Iracionální čísla Nekonečné řetězové zlomky Iracionální čísla věta Každé iracionální číslo se dá vyjádřit ve tvaru nekonečného pravidelného řetězového zlomku. příklad Vypočtěte řetězový zlomek čísla π. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 16 / 27

Nekonečné řetězové zlomky Iracionální čísla π = 3 + 1 α 1 α 1 = α 2 = α 3 = α 4 = 1 π 3 = 7 + 1 α 2 π 3 22 7π = 15 + 1 α 3 22 7π 106π 333 = 1 + 1 α 4 106π 333 355 113π = 292 + 1 α 5 Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 17 / 27

Nekonečné řetězové zlomky Periodické řetězové zlomky Periodické řetězové zlomky definice Periodickým řetězovým zlomkem nazýváme výraz [a 1, a 2,, a k, a k+1,, a n, a k+1, ] a budeme ho značit [a 1, a 2,, a k, a k+1,, a n ]. Ryze periodickým je pak výraz [a 1, a 2,, a k, a 1, a 2,, a k,, a 1 ] = [a 1, a 2,, a k ]. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 18 / 27

Nekonečné řetězové zlomky Periodické řetězové zlomky věta Pro řetězový zlomek čísla r, r N, r > 1, r I platí r = [a1, a 2, a 3,..., a 3, a 2, 2a 1 ]. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 19 / 27

Tabulka odmocnin Nekonečné řetězové zlomky Periodické řetězové zlomky n ŘZ n n ŘZ n n ŘZ n 2 [1, 2] 14 [3, 1, 2, 1, 6] 26 [5, 10] 3 [1, 1, 2] 15 [3, 1, 6] 27 [5, 5, 10] 5 [2, 4] 17 [4, 8] 28 [5, 3, 2, 3, 10] 6 [2, 2, 4] 18 [4, 4, 8] 29 [5, 2, 1, 1, 2, 10] 7 [2, 1, 1, 1, 4] 19 [4, 2, 1, 3, 1, 2, 8] 30 [5, 2, 10] 8 [2, 1, 4] 20 [4, 2, 8] 31 [5, 1, 1, 3, 5, 3, 1, 1, 10 10 [3, 6] 21 [4, 1, 1, 2, 1, 1, 8] 32 [5, 1, 1, 1, 10] 11 [3, 3, 6] 22 [4, 1, 2, 4, 2, 1, 8] 33 [5, 1, 2, 1, 10] 12 [3, 2, 6] 23 [4, 1, 3, 1, 8] 34 [5, 1, 4, 1, 10] 13 [3, 1, 1, 1, 1, 6] 24 [4, 1, 8] 35 [5, 1, 10] Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 20 / 27

Nekonečné řetězové zlomky Periodické řetězové zlomky definice Kvadratická iracionalita říkáme výrazu p ± r, q kde p, q Z, r N, r 1 a r I. Každý takový výraz je kořenem nějaké kvadratické rovnice. věta [Lagrangeova] Každý periodický řetězový zlomek je hodnotou nějaké kvadratické iracionality a naopak každou kvadratickou iracionalitu lze vyjádřit periodickým řetězovým zlomkem. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 21 / 27

Nekonečné řetězové zlomky Periodické řetězové zlomky příklad Vypočtěte řetězový zlomek čísla α = 11 7 3. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 22 / 27

Řešení. Nekonečné řetězové zlomky Periodické řetězové zlomky α = 11 7 = 2 + 1 3 α 1 3 α 1 = 5 7 = 5 + 7 = 1 + 1 6 α 2 6 α 2 = = 1 + 7 = 3 + 1 7 1 α 3 α 3 = α 4 = α 5 = α 6 = 1 = 2 + 7 = 1 + 1 7 2 3 α 4 3 = 1 + 7 = 1 + 1 7 1 2 α 5 2 = 1 + 7 = 1 + 1 7 1 3 α 6 3 = 2 + 7 = 4 + 1 7 2 α 7 α 7 = 1 7 2 = 1 + 1 α 8 Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 23 / 27

Aplikace řetězových zlomků Neurčitá rovnice prvního stupně Řešení neurčité rovnice prvního stupně definice Rovnici ax + by = c, kde a, b, c Z jsou známá čísla, nazýváme neurčitou rovnicí prvního stupně. Má nekonečně mnoho řešení. Celočíselná řešení pouze tehdy, jestliže NSD(a, b) c, můžeme předpokládat, že jsou nesoudělná. Nalezení dvojice kořenů pomocí řetězových zlomků. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 24 / 27

Aplikace řetězových zlomků Neurčitá rovnice prvního stupně Nalezení dvojice kořenů pomocí řet.zl. 1 Obecné řešení rovnice x = x 0 bt, y = y 0 + at. 2 Najdeme prvky řetězového zlomku a b = Pn Q n. 3 Určíme předposlední sblížený zlomek a dosadíme do vzorce P n Q n 1 P n 1 Q n = ( 1) n. 4 Dostáváme obecně tedy x 0 = ( 1) n Q n 1 c, y 0 = ( 1) n 1 P n 1 c, x = ( 1) n Q n 1 c Q n t, y = ( 1) n 1 P n 1 c + P n t, kde t je libovolné celé číslo. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 25 / 27

Aplikace řetězových zlomků Neurčitá rovnice prvního stupně příklad Řešte rovnici 27x + 17y = 1. Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 26 / 27

Aplikace řetězových zlomků Neurčitá rovnice prvního stupně Díky za pozornost:o) Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky 13.2. 18.2.2012 27 / 27