基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字
基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字
2024-05-29 06:24:20  作者:人生如蜉蝣  网址:https://m.xinb2b.cn/know/vkb148273.html

说到拉马努金,这位大神简直就是BUG般的存在,他对于数学的直觉无人能敌,倘若他不仅仅只是32岁的生命,那么他绝对有可能会创造新的历史,让印度也成为世界数学大国。

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(1)

印度之子 拉马努金

人们最佩服的是他怎么就能想到创造那些匪夷所思的等式来,还有一些他笔记本上的公式都快一百年了,人类都没有完全揭开背后的谜题,有些奇思妙想的式子,到现在都只是知道这是对的,却还是不知道拉马努金是怎么得来的,他总说这是智慧女神梦中告诉他的。你信么?晓然菌绝对不信,他肯定有自己的一套办法得出的,最欣赏的是这个公式。

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(2)

拉马努金等式

左边和黄金分割率相关,右边是带有e的连续分式,我们也叫连分数。这个数居然还可以用这么优美的方式等价起来,真是典雅到不可思议。我们重点来讨论一下右半部分的连分数形式。

先来做一道中学数学题热热身:

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(3)

请问这个数值A是多少?初看这个如此复杂的式子有点丈二和尚摸不着头脑,这玩意也能求?真的可以,我们很容易看到这个式子的分母部分要无穷递推下去,既然是无穷次递推,那么这里多一次或者少一次递推对结果都是没有影响的。实际上,这个问题如果严谨地解答,第一步还要论证一下A是收敛的才可以继续下面的工作。不过这里的已知条件告诉我们A是收敛到一个具体的值了。于是根据上面的分析,我们可以列出一个方程来。

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(4)

连分数形式下的黄金分割比解法

这个求解过程可能有些同学们有点不太容易接受,但是这个思路却是很自然而然的,如此简单的一个规则,到最后居然是等于黄金分割率,是不是很有意思。

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(5)

设计中处处体现黄金分割比

既然黄金分割比0.618...可以用这种方式来表示,那么别的数呢?数学上证明过,任意一个实数都是可以表示成上面的连分式形式。当然也是可以的,只不过无理数中下面的连分数是无限的,而有理数的连分数形式都是有限的。既然实数都可以用连分数表示,那不就相当于是我们日常使用的大部分数都可以用这种方式来表示了。

可能有些同学会注意到,A连分数形式的分母中的1都加了下划线。这些加了下划线的数字有什么特别吗?当然有,这些1在连分数形式下就好像是坐标一样,牢牢地帮助我们去定位了最终的黄金分割比。我们现在把一个数的整数部分提取出来,再把这些划线的1分别排开,于是黄金分割率Ф=0.6180339887 ...=[0;1,1,1,1...],这里的0是Ф的整数部分。我们再来看几个经典的连分数形式:

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(6)

连分数形式下的根号2

这里的根号2如果用连分数形式来表示,就是[1;2,2,2,2...]了。有兴趣的同学可以证明一下上面这个等式。

观察上面几个连分数的例子,对于一般无理数,我们仿佛已经习惯了这样无穷简单的表示形式了,那对于一些特殊的无理数呢?比如圆周率π呢?这又是怎么的景象,从连分数开始出现之后就有人做了研究,得出π的连分数形式是什么了?

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(7)

连分数形式下的π

由于π这个数字是超越数,我们就很难找到一种简单的方式来表示,[ ]内的数字肯定不像上面那样有明显的规律。π=[3;7,15,1,292,1,1,1,2,1,3...]。

通过上面的这几个式子我们发现,用这种方式来表示某个数字,也是很简单明了,让人印象深刻。不过话说回来,我们为什么好好的十进制表示法不用,要来琢磨这种表示方法呢?肯定是有意义的啊。我们可以通过连分数迅速地得到逼近真实无理数值的一个分数。

我们来试试利用连分数形式来找π的近似分数值。

假设我们这里逐渐提高精度来操作,于是

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(8)

连分数形式下逐步逼近π

其中(1)中的22/7是约率,(2)中的355/113叫密率。这两个相当接近真实圆周率的数值是我国南北朝时期伟大的数学家祖冲之首次得到的。在中学时代,晓然菌看到一本书上写着这样一句话,这里的密率355/113的精确度在分子分母1000以内的最接近圆周率的一个分数值,与真实π仅相差千万分之三!我们现在已经不清楚祖大神当年是通过怎样的计算找到密率的值的,事实上那个时候的晓然菌也想不通,直到看到连分数可以无限逼近真实数值的方法之后才恍然大悟。

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(9)

祖冲之大神

祖大神用的方法是割圆术求圆周率,实际操作中,他不断用正多边形来逼近一个真正的圆,使得这个圆的面积在内外接正多边形的范围之间,随着正多边形边数的增加,这个区间越来越小,那么求到的圆周率就越来越接近真实值。祖大神当年计算到正12288边形才把圆周率精确到小数点后7位!现在看来,祖大神用的方法应该跟这里的连分数逼近法很相似。只要重复这样的过程,就可以很方便地得到分数形式的近似值。

人们都认可的连分数在某种情况下的确有着比十进制表示法更方便。但是人们也从来没有想到,在这个看似自然而然的表示方法下,隐藏着一个巨大且诡异的谜题。

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(10)

苏联数学家亚历山大·雅科夫列维奇·辛钦

1964年,苏联数学家亚历山大·雅科夫列维奇·辛钦证明了,几乎对于所有的实数都有,下面这个结论:

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(11)

连分数 定义

其中a0,a1,a2,...的几何平均数会趋向于一个固定的常数K,这里的K也叫辛钦常数。目前计算的结果,大约是2.6854520010...。用数学语言表示就是:

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(12)

辛钦常数的定义

任意实数都可以用上面的连分数形式来表示的结论,我们想想完全能够接受,这里的a0,a1,a2...都可以是整数,我们好好思考后也勉强接受。现在又出来一个更加无厘头的结论说的是这里的a0,a1,a2...之间都是有关系的,它们的几何平均值居然还能收敛在一个值附近!这个实在太难以让人接受了!

也就是说π=[3;7,15,1,292,1,...],把这里的所有整数相乘再开n次方会逼近2.685452...

现在也找不到资料来证实当年辛钦是怎么从连分数形式里提炼出这个惊人的结论。事实上,我们稍加思考就能意识到,辛钦应该是通过大量的实例分析后才归纳出这个结论来,因为,对于任意一个符合条件的无理数,这样的计算都是空前繁杂的,60年代,正是大型计算机发展地如火如荼的时代,辛钦本人应该是借助了计算机才完成了这样的猜想并且给出了证明。

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(13)

第一台电子计算机 埃尼阿克

20世纪90年代,人们用了IBM RS6000/590工作站,计算了2.5小时,得到了K的前7350位,这个常数值的确稳定地存在着。辛钦常数已经发现了快60年了,但是数学家们对于这个数的研究却非常有限,人们甚至都无法判断这个数字是无理数还是有理数这个根本性问题。不知道大家注意到没有,辛钦的论述是几乎所有的实数都满足,那有哪些实数不满足呢?目前为止的研究表明,有理数、实系数二次方程的解(比如黄金分割率就不满足),特别的人们发现自然对数的底e也不满足。但是为什么π却满足呢?e和π不是最著名的超越数么?究竟符合什么条件的实数才会出现辛钦常数呢,这个问题显然对于现代的数学水平要求太高,人们完全没有能力去解决,这个恐怕要再等上许多年了。

基础数学代数组合学 简单连分数形式下隐藏着的诡异数字(14)

π和e的相同与不同

种种迹象表明,这个常数的存在绝对不是偶然的,在这背后肯定有非常深刻的原因。也许是辛钦过早地发现了这个结论,远远超越了现代人类数学发展的水平,所以即使过了六十年,数学界也基本上对于这个问题无从下手。

辛钦常数的发现完全出乎了人们的意料,就像是一个刚刚完全干涸的池塘里下了一场小雨之后居然发现这里有一条超级大鱼,人们根本想不到这里会出现一条大鱼,更加也不明白为什么这里会有大鱼。只能希望,我们以后的数学发展能够从本质上揭示这个诡异常数存在的真正原因了。

  • 范冰冰年终奖惊人(范冰冰获评年度电影人)
  • 2024-05-29范冰冰获评年度电影人范冰冰获评2016年度电影人1905电影网讯近日,由湖北长江电影集团与清华大学联合主办的第4届中国电影长江论坛在汉举行,近300位业界专家学者与会,复盘2016影坛大事,预测2017影市走向,同时发布。
  • 圆明园技术学院是什么
  • 2024-05-29圆明园技术学院是什么北京圆明园学院成立于1994年,是一所具有文、法、经、管、理、工、艺术多学科相结合并协调发展,以本科教育为基础的全日制综合性民办大学,是北京市教育委员会教育教学综合评估合格学校全国政协副主席马万祺、原。
  • 什么的尾巴(什么的尾巴应该怎么填词)
  • 2024-05-29什么的尾巴应该怎么填词蓬松的尾巴短小的尾巴细细的尾巴光秃秃的尾巴美丽的尾巴五颜六色的尾巴色彩斑斓的尾巴剪刀似的尾巴柔软的尾巴细细的尾巴毛茸茸的尾巴蓝色的尾巴。
  • 尿常规化验结果怎么判断(尿常规的检查结果该怎么看)
  • 2024-05-29尿常规的检查结果该怎么看尿液是人体代谢排出的废物,也是一个人健康的晴雨表尿常规是临床最常见的检查项目之一,然而也有很多朋友疑惑,对“尿常规”这项检查,我们该看些什么呢?今天,我就为大家详细介绍如何来看尿常规的检查结果尿的物理。
  • 下颌线打造高级感(女人侧颜杀与高级感的利器)
  • 2024-05-29女人侧颜杀与高级感的利器如今美颜相机盛行,许多网红拍出来都是清一色的锥子脸,不管是正面还是侧脸,下颌线模糊一片根本看不见殊不知,清晰流畅的下颌线,其实是造物主追求美丽的一大证明明星的高级感,不止在于自身颜值高,更在于脸部线条。
  • 拼音o到底读窝还是哦(汉语拼音的o到底发ao)
  • 2024-05-29汉语拼音的o到底发ao小孩子现在学拼音基本都被统一教成了ao(凹),本以为【我】会发音成【无凹】,但实际还是wo,就是拼和输出之间拐了一个弯,感觉特别难受,所谓拼不应该单个字怎么发音结果也是这些个发音的连读吗?网上一查发现。
  • 企业能随意让员工待岗吗(企业安排员工待岗需要协商一致吗)
  • 2024-05-29企业安排员工待岗需要协商一致吗声明:文章来自子非鱼说劳动法,作者伍诚笑,部分文章推送时未及时与原作者取得联系,故仅标明文章来源,如若标注有误或者涉及作者版权问题,还请及时告知我们,我们及时更正或者删除图片来源于网络作者:伍诚笑企业。
  • 江苏什么季节旅游最适合(3月份江苏哪里最值得玩)
  • 2024-05-293月份江苏哪里最值得玩最近从苏州回到了海安,在家居家隔离,眨眼睛7天的时间也快到了,终于要出笼了!这个时候看着窗外春暖花开,阳光正好,江苏的春天终于真正的到来了!接下来,如果你想到江苏游玩,这4个地方绝对不容错过无锡鼋头渚。
  • 储蓄险的十大特点(新一年首度更新)
  • 2024-05-29新一年首度更新储蓄险越来越被关注,后台中相关的咨询和保单诊断也是越来越多但很多人买的都有问题像投保前相信了保险公司宣传的收益,发现前几年收益确实还可以,几年过去了,收益莫名掉了一个档;或者买了投连险,最后连本金都收。
  • 青年是指多少岁(多大年龄是青年)
  • 2024-05-29多大年龄是青年15~34岁中国国家统计局的年龄段是在15~34岁,中国共青团在14~30岁,青年联合会是在18~44岁,港澳台地区的青年界定是11~24岁世界卫生组织青年年龄阶段是15~44周岁,联合国教科文组织认。