■πの級数公式(その11)

 (その10)の

  17/12>√2

  265/153<√3<1351/780

などを補足したい.

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【1】連分数

  √2=1+(√2−1)

    =1+1/(√2+1)

    =1+1/(2+(√2−1))

    =1+1/(2+1/(√2+1))

    =1+1/(2+1/(2+(√2−1)))

    =1+1/(2+1/(2+1/(√2+1)))

これを永久に繰り返すことができます.

  √2=[1:2,2,2,・・・]

 この連分数を途中で打ち切ったものを考えると

  1+1/2=3/2>√2

  1+1/(2+1/2)=1+2/5=7/5<√2

  1+1/(2+1/(2+1/2))=1+1/(2+2/5)=1+5/12=17/12>√2

となって

  17/12>√2

が得られます.

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  √(1+√(1+√(1+√(1+・・・))))=φ  (黄金比)

ですが,連分数展開を用いると

  φ=1+(φ−1)

    =1+1/φ   (∵φ−1=1/φ)

    =1+1/(1+(φ−1))

    =1+1/(1+1/φ)

    =1+1/(1+1/(1+(φ−1)))

    =1+1/(1+1/(1+1/φ))

より

  [1:1,1,1,.・・・]=φ  (黄金比)

と表すことができます.この連分数展開は幾何学的には「回転する正方形」の問題と関係しています.

  1+1/1=2>φ

  1+1/(1+1/1)=1+1/2=3/2<φ

  1+1/(1+1/(1+1/1))=1+1/(1+1/2)=1+2/3=5/3>φ

となりますが,きわめて収束が遅いことがわかります.

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

 √3の連分数表示は

  √3=1+(√3−1)

    =1+1/((√3+1)/2)

    =1+1/(1+(√3−1)/2)

    =1+1/(1+1/(√3+1))

    =1+1/(1+1/(2+(√3−1)))

    =1+1/(1+1/(2+1/(√3+1)/2))

より

  √3=[1:1,2,1,2,・・・]

で表されます.

 この連分数を途中で打ち切ったものを考えると

  1+1/1=2>√3

  1+1/(1+1/2)=1+2/3=5/3<√3

  1+1/(1+1/(2+1/1))=1+1/(1+1/3)=1+3/4=7/4>√3

となりますが,収束が遅いので,ここではバビロニアの方法(ヘロンの方法)を用いることにします.

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【2】バビロニアの方法(ヘロンの方法)

 aの平方根を求める反復式があります.x0≒√aから始めて

  xn+1=(xn+a/xn)/2

を繰り返します.

 たとえば,a=3のとき,x0=2から始めると,

  x1=(2+3/2)/2=7/4=1.75

  x2=(7/4+12/7)/2=97/56=1.7321

たったこれだけで√3の最初の4桁まで正しい値を求めることができる.

  x3=(97/56+168/97)/2=18817/5432=1.7320508

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