■シュトレーレの近似式

 ピアノやオルガンのような鍵盤楽器では1オクターブの間を12の音に分けていますが,転調のためには平均律,すなわち,1オクターブの音程を対数目盛を用いて12等分しています.

  r=2^1/12=1.059463094

としてf(x)=1,r,r^2,・・・,r^11,2=2^xですが,この指数関数を平均律関数と呼ぶことにします.

 rは無理数ですから,ピタゴラス音階のように整数比で表すことはできないのですが,ビンセンツォ・ガリレイ(ガリレオ・ガリレイの父)は

  18/17=1.0582・・・

で近似しました.

 また,メルセンヌは

  (2/(3−√3))^1/4=1.05973・・・

で近似しました.この式は平方根だけを含む式なので幾何学的に作図できる方法になっています.

 しかし,現実に楽器の設計に応用するのは難しく,カリレイの近似値より正確で,メルセンヌのものより使いやすいものが必要になりました.1743年,職人のシュトレーレは数学的訓練を積んでいませんでしたが,平均律関数の単純で実用的な近似式

 (24+10x)/(24−7x)

を与えました.

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 平均律関数を分数関数

  L(x)=(αx+β)/(γx+δ)   x=1,1/12,・・・,11/12,2

で近似することを考えます.

 f(0)=1,f(1/2)=√2,f(1)=2ですからL(0)=1,L(1/2)=√2,L(1)=2を満たすようにα,β,γ,δを定めると

  L(x)=(2x+√2(1−x))/(x+√2(1−x))

が補間関数となります.

  L(x)=(2x+√2(1−x))/(x+√2(1−x))

の√2に17/12を代入すると

 (17+5x)/(17−5x)

となって,シュトレーレの近似式

 (24+10x)/(24−7x)

とは異なります.

 √2に58/41を代入しても

 (58+24x)/(28−17x)

となって,シュトレーレの近似式とは異なります.

 しかし,L(x)の分子と分母を2で割って

  L(x)=(x+1/√2(1−x))/(x/2+1/√2(1−x))

ここで,1/√2を12/17で置き換えると

 (24+10x)/(24−7x)

になり,正しくシュトレーレの近似式です.

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