■√2の分数近似(その5)
ここではラマヌジャンがマハラノビスに出題したパズルを紹介します.
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【1】ラマヌジャンのパズル
(Q)1からn−1までの和がn+1からmまでの和に等しくなる(m,n)を求めよ.
(A)この問題は,
(n−1)n/2=(m−n)(m+n−1)/2なる(m,n)を求めるものというものです.これを整理すると
m^2+m=2n^2
になるのですが,両辺を4倍して1加えます.すると
4m^2+4m+1=8n^2+1
(2m+1)^2=2(2n)^2+1
ここで,2m+1=p,2n=qとおくと
p^2−2q^2=1 (ペル方程式)
に帰着されます.
√2の最良近似分数列p/q
1/1,3/2,7/5,17/12,41/29,99/70,239/169,577/408,・・・
において,
p^2−2q^2=±1 (ペル方程式)
の±1は交互に繰り返し現れます.
2^2+2^2=3^2−1
5^2+5^2=7^2+1
12^2+12^2=17^2−1
・・・・・・・・・・・・・
したがって,
(p,q)=(3,2),(17,12),(99,70),(577,408),(3363,2378),・・・
→(m,n)=(1,1),(8,6),(49,35),(288,204),(1681,1189),・・・
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【2】三角数△と四角数□のパズル
(Q)△=□?,すなわち,三角数n(n+1)/2が完全平方数m^2となるnの値を求めよ.
(A)n^2+n=2m^2
4n^2+4n+1=8m^2+1
(2n+1)^2=2(2m)^2+1
ここで,2n+1=p,2m=qとおくと
p^2−2q^2=1 (ペル方程式)
に帰着されます.
(p,q)=(3,2),(17,12),(99,70),(577,408),(3363,2378),・・・
→(n,m)=(1,1),(8,6),(49,35),(288,204),(1681,1189),・・・nは完全平方と完全平方の2倍を交互に繰り返します.
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