сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Верх­ней целой ча­стью числа x на­зы­ва­ют наи­мень­шее целое число, боль­шее или рав­ное x. До­ка­жи­те, что су­ще­ству­ет такое ве­ще­ствен­ное число A, что для лю­бо­го на­ту­раль­но­го n рас­сто­я­ние от верх­ней целой части An до бли­жай­ше­го квад­ра­та на­ту­раль­но­го числа все­гда равно 2.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Пусть t  — боль­ший ко­рень мно­го­чле­на x в квад­ра­те минус 10 x плюс 1, тогда t плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t конец дроби =10. До­ка­жем по ин­дук­ции, что число t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби целое при любом целом не­от­ри­ца­тель­ном n. Дей­стви­тель­но, это верно при n=0, 1. Кроме того,

 t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = левая круг­лая скоб­ка t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка t плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка минус левая круг­лая скоб­ка t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка ,

что поз­во­ля­ет про­де­лать шаг ин­дук­ции.

По­ло­жим A=t в квад­ра­те , тогда

A в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: A в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = левая круг­лая скоб­ка t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус 2

и  дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: A в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби мень­ше 1, зна­чит, A в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: A в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби и есть верх­няя целая часть A в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка , а бли­жай­ший к ней квад­рат це­ло­го числа равен  левая круг­лая скоб­ка t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те .

 

Ком­мен­та­рий.

Не­слож­но ви­деть, что можно взять в ка­че­стве t любое число, яв­ля­ю­ще­е­ся боль­шим кор­нем мно­го­чле­на вида x в квад­ра­те минус n x плюс 1=0, где n минус на­ту­раль­ное число, не мень­шее 3. Дей­стви­тель­но, как и в ре­ше­нии выше, сумма t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби ока­зы­ва­ет­ся целой, от­ку­да для A=t в квад­ра­те сле­ду­ет утвер­жде­ние за­да­чи.

В этом ре­ше­нии мы уви­де­ли, что для взя­тых нами чисел t рас­сто­я­ние от сте­пе­ни tn до бли­жай­ше­го це­ло­го стре­мит­ся к нулю с ро­стом n. На самом деле чисел, сте­пе­ни ко­то­рых ста­но­вят­ся все ближе и ближе к целым чис­лам, боль­ше (но про осталь­ные нель­зя ска­зать, что они под­хо­дят для ре­ше­ния дан­ной за­да­чи!). А имен­но, пусть P(x)  — при­ве­ден­ный мно­го­член с це­лы­ми ко­эф­фи­ци­ен­та­ми, у ко­то­ро­го все корни (в том числе ком­плекс­ные), кроме од­но­го, по мо­ду­лю мень­ше 1. Тогда этот ко­рень x1 ве­ще­ствен­ный, и рас­сто­я­ние от x_1 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n пра­вая круг­лая скоб­ка до бли­жай­ше­го це­ло­го числа стре­мит­ся к 0 с ро­стом n. Это сле­ду­ет из того, что сумма n-х сте­пе­ней всех кор­ней мно­го­чле­на P це­ло­чис­лен­но вы­ра­жа­ет­ся через его ко­эф­фи­ци­ен­ты и по­то­му яв­ля­ет­ся целой. А сте­пе­ни всех осталь­ных кор­ней стре­мят­ся к 0  — как раз по­то­му, что они по мо­ду­лю мень­ше 1. Это рас­суж­де­ние можно про­чи­тать в ста­тье А. Еrорова в «Кван­те»; см. также про­ект «Дроб­ные части сте­пе­ней» на Лет­ней кон­фе­рен­ции Тур­ни­ра го­ро­дов-2000.

Такие числа  корни при­ве­ден­но­го мно­го­чле­на с це­лы­ми ко­эф­фи­ци­ен­та­ми, у ко­то­ро­го все осталь­ные корни по мо­ду­лю мень­ше 1,  — на­зы­ва­ют­ся чис­ла­ми Пизо или чис­ла­ми Пизо  — Ви­джая-ра­г­ха­ва­на. Они пред­став­ля­ют ин­те­рес в связи с за­да­ча­ми ди­о­фан­то­вой ап­прок­си­ма­ции и изу­ча­лись в ра­бо­тах Туэ, Харди, Пизо. Фрак­тал Рози (см. рис.) свя­зан с чис­лом Пизо  — кор­нем ку­би­че­ско­го урав­не­ния x в кубе минус x в квад­ра­те минус x минус 1=0 (и с со­от­вет­ствун­щи­ми под­ста­но­воч­ны­ми по­сле­до­ва­тель­но­стя­ми. Свое на­зва­ние эти числа по­лу­чи­ли после пуб­ли­ка­ции Шарля Пизо, ко­то­рый в своей дис­сер­та­ции от­крыл много за­ме­ча­тель­ных свойств этих чисел.