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07 向无穷和更远出发(第7页)

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比方说

我们得到了一个仅含有1的多层分数,并且随着计算持续进行,选出的这对相邻数之前的每对斐波那契数的比值会依次出现。

这样的现象每次都会发生:正是由于这些数的定义,每个斐波那契数都比下一个的两倍要小,因而相除之后会得到商1,余数则是前一个斐波那契数。

你也许想起来,相邻斐波那契数的比值趋近于黄金分割比——τ,这说明τ是仅由1构成的连分数的极限值。

从这个过程中产生的连分数本身就有重要意义。

当用有理数来近似任意一个无理数y的时候,我们会自然地使用y的小数表示。

这非常适用于一般的计算,但是在数学上,依附于一个特定的底数却不太自然。

本质问题在于,我们能多好地用分母相对较小的分数来逼近y。

有没有一种办法,能找到一系列的分数,既能高精度地逼近y,同时又保持较小的分母,在这两个矛盾的要求中取得最佳平衡?答案就在于一个数的连分数表达形式,并通过越来越多层的截断实现这一目的。

黄金分割比所提供的这个特殊例子打开了一条新的思路,即我们也许能表示其他的无理数,当然不是用有限的连分数(它们自己显然是有理数),而是用无穷连分数。

但是,怎样才能产生一个数a的连分数呢?为了看清这个过程,读者朋友需要容许我玩一个小小的代数上的把戏,下面就是做法。

接下来我们得到

在用有理数对无理数的逼近中,连分数的重要性在于所谓的收敛子[12](t),即原始数的有理数近似,它们是通过截取某一层以前的连分数表达式,再求出相应的有理数来得到的。

它们代表了对原始数的最优近似,也就是说任何更好的近似的分母都将比收敛子的分母大。

黄金分割比的收敛子是斐波那契比值。

由于τ的连分数表达式中每一项都是1,这些比值收敛的速度被尽可能地延缓了。

出于这个原因,没有比τ更难用有理数逼近的数了,而斐波那契比值是你能取得的最佳结果。

[1] 通常称实数集(直线上点的集合)为连续统。

[2] 有时也称底数。

[3] 恩斯特·策梅罗(ErnstFriedriandZermelo),德国数学家。

亚伯拉罕·弗兰克尔(AbrahamFraenkel),以色列数学家。

[5] 在三进制中,0.1可用0.0222…表示。

[6] 在英文原题中,“蜘蛛”

和“甲虫”

都使用了复数形式的名词,即它们各自不止一只。

[7] 勾股数或称商高数或毕氏数。

[8] 安德鲁·怀尔斯爵士(SirAndrewWiles),英国数学家,居于美国。

[9] 谷山丰和志村五郎,均为日本数学家。

[10] 又称最简分数。

[11] 该符号表示向下取整。

[12] 又称渐进分数。

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