المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية

المصدر
9-07-2015
الامراض الفطرية التي تصيب الاسماك
16-12-2015
شعر لمحمد ابن صاحب الصلاة
2023-02-12
Reflection: Recognitional deixis or thingamy
26-4-2022
محمد صالح بن محمد مهدي النوري.
19-7-2016
مساكن البط وادوات التربية
2024-04-30

Periodic Continued Fraction  
  
711   05:52 مساءً   date: 10-5-2020
Author : Liberman, H.
Book or Source : Simple Continued Fractions: An Elementary to Research Level Approach. SMD Stock Analysts, 2003.
Page and Part : ...


Read More
Date: 1-1-2021 918
Date: 9-6-2020 2840
Date: 20-12-2020 744

Periodic Continued Fraction

A periodic continued fraction is a continued fraction (generally a regular continued fraction) whose terms eventually repeat from some point onwards. The minimal number of repeating terms is called the period of the continued fraction. All nontrivial periodic continued fractions represent irrational numbers. In general, an infinite simple fraction (periodic or otherwise) represents a unique irrational number, and each irrational number has a unique infinite continued fraction.

The square root of a squarefree integer has a periodic continued fraction of the form

 sqrt(n)=[a_0;a_1,a_2,a_3,...,a_2,a_1,2a_0^_]

(1)

(Rose 1994, p. 130), where the repeating portion (excluding the last term) is symmetric upon reversal, and the central term may appear either once or twice.

If D is not a square number, then the terms of the continued fraction of sqrt(n) satisfy

 0<a_k<2sqrt(n).

(2)

An even stronger result is that a continued fraction is periodic iff it is a root of a quadratic polynomial. Calling the portion of a number x remaining after a given convergent the "tail," it must be true that the relationship between the number x and terms in its tail is of the form

 x=(ax+b)/(cx+d),

(3)

which can only lead to a quadratic equation.

PeriodicContinuedFractionPeriods

The periods of the continued fractions of the square roots of the first few nonsquare integers 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, ... (OEIS A000037) are 1, 2, 1, 2, 4, 2, 1, 2, 2, 5, ... (OEIS A013943; Williams 1981, Jacobson et al. 1995). These numbers and their continued fraction representations are summarized in the following table.

N alpha_(sqrt(N)) N alpha_(sqrt(N))
2 [1,2^_] 22 [4,1,2,4,2,1,8^_]
3 [1,1,2^_] 23 [4,1,3,1,8^_]
5 [2,4^_] 24 [4,1,8^_]
6 [2,2,4^_] 26 [5,10^_]
7 [2,1,1,1,4^_] 27 [5,5,10^_]
8 [2,1,4^_] 28 [5,3,2,3,10^_]
10 [3,6^_] 29 [5,2,1,1,2,10^_]
11 [3,3,6^_] 30 [5,2,10^_]
12 [3,2,6^_] 31 [5,1,1,3,5,3,1,1,10^_]
13 [3,1,1,1,1,6^_] 32 [5,1,1,1,10^_]
14 [3,1,2,1,6^_] 33 [5,1,2,1,10^_]
15 [3,1,6^_] 34 [5,1,4,1,10^_]
17 [4,8^_] 35 [5,1,10^_]
18 [4,4,8^_] 37 [6,12^_]
19 [4,2,1,3,1,2,8^_] 38 [6,6,12^_]
20 [4,2,8^_] 39 [6,4,12^_]
21 [4,1,1,2,1,1,8^_] 40 [6,3,12^_]

An upper bound for the length of the period is roughly O(lnDsqrt(D)). The least positive ns such that the continued fraction of sqrt(n) has period p=1, 2, ... are 2, 3, 41, 7, 13, 19, 58, 31, 106, ... (OEIS A013646). The first few values of n such that the continued fraction of sqrt(n) has period p are summarized below for small p.

p OEIS n
1 A002522 2, 5, 10, 17, 26, 37, 50, 65, 82, 101, ...
2 A013642 3, 6, 8, 11, 12, 15, 18, 20, 24, 27, ...
3 A013643 41, 130, 269, 370, 458, ...
4 A013644 7, 14, 23, 28, 32, 33, 34, 47, 55, 60, ...
5 A010337 13, 29, 53, 74, 85, 89, 125, 173, 185, 218, ...
6 A020347 19, 21, 22, 45, 52, 54, 57, 59, 70, 77, ...
7 A010338 58, 73, 202, 250, 274, 314, 349, 425, ...
8 A020348 31, 44, 69, 71, 91, 92, 108, 135, 153, 158, ...
9 A010339 106, 113, 137, 149, 265, 389, 493, ...
10 A020349 43, 67, 86, 93, 115, 116, 118, 129, 154, 159, ...

The values of n at which the period of the continued fraction of sqrt(n) increases are 1, 2, 3, 7, 13, 19, 31, 43, 46, 94, 139, 151, 166, 211, 331, 421, 526, 571, ... (OEIS A013645).

General identities for periodic continued fractions include

[a^_] = (a+sqrt(a^2+4))/2

(4)

[1,a^_] = (2-a+sqrt(a^2+4))/2

(5)

[a,2a^_] = sqrt(a^2+1)

(6)

[a,b^_] = (-ab+sqrt(ab(ab+4)))/(2a)

(7)

[a_1,...,a_n^_] = (-(q_(n-1)-p_n)+sqrt((q_(n-1)-p_n)^2+4q_np_(n-1)))/(2q_n)

(8)

[a_0,b_1,...,b_n^_] = a_0+1/([b_1,...,b_n^_])

(9)

[b_1,...,b_n^_] = ([b_1,...,b_n^_]p_n+p_(n-1))/([b_1,...,b_n^_]q_n+q_(n-1))

(10)

(Wall 1948, pp. 39 and 83).

The first follows from

alpha = a+1/(a+1/(a+1/(a+...)))

(11)

= a+1/(a+(1/(a+1/(a+...)))).

(12)

Therefore,

 alpha-a=1/(a+1/(a+1/(a+...))),

(13)

so plugging (13) into (12) gives

 alpha=a+1/(a+(alpha-a))=a+1/alpha.

(14)

Expanding

 alpha^2-aalpha-1=0,

(15)

and solving using the quadratic formula gives

 alpha=(a+sqrt(a^2+4))/2.

(16)

The analog of this treatment in the general case gives

 alpha=(alphap_n+p_(n-1))/(alphaq_n+q_(n-1)).

(17)


REFERENCES:

Liberman, H. Simple Continued Fractions: An Elementary to Research Level Approach. SMD Stock Analysts, 2003.

Rose, H. E. A Course in Number Theory, 2nd ed. Oxford, England: Oxford University Press, 1994.

Rosen, K. H. Elementary Number Theory and Its Applications. New York: Addison-Wesley, p. 426, 1980.

Sloane, N. J. A. Sequences A010337, A010338, A010339, A013642, A013643, A013644, A013645, A013646, A020347, A020348, and A020349 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Wall, H. S. Analytic Theory of Continued Fractions. New York: Chelsea, 1948.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.