221
правка
Изменения
Нет описания правки
Количество <tex>a,c</tex> конечно, а количество<tex>\alpha_n</tex> неограниченно. Значит в какой-то момент у нас зациклятся <tex>\alpha_n</tex> и цепная дробь станет периодичной.
}}
{{Теорема
|statement=
Осталось только записать переходы <tex>\alpha_n=\alpha_m\Rightarrow\beta_n=\beta_m\Rightarrow a_{n-1}=a_{m-1}\Rightarrow\alpha_{n-1}=\alpha_{m-1}</tex>
}}
{{Теорема
|author=Лагранж
|statement=
Число <tex>\alpha</tex> представимо в виде периодической цепной дроби тогда и только тогда, когда <tex>\alpha</tex> квадратичная иррациональность.
|proof=
<tex>\Rightarrow</tex>.
<tex>\alpha=\langle a_0,a_1,\cdots,\overline{a_k,\cdots a_n}\rangle</tex>, тогда введём <tex>\alpha_k=\langle \overline{a_k,\cdots, a_n}\rangle</tex>. Тогда <tex>\alpha_k=\langle a_k,\cdots, a_n, \overline{\alpha_k} \rangle</tex>. <tex>\alpha_k=\frac{P_n'\alpha_k+P_{n-1}'}{Q_n'\alpha_k+Q_{n-1}'}\Rightarrow Q_n'\alpha_k^2+(P_n'+Q_{n-1}')\alpha_k+P_{n-1}'=0</tex>
Поэтому <tex>\alpha_k</tex> квадратичная иррациональность, так как иррационально и удовлетворяет уравнению с целыми коэффициентами. Аналогично получим, что <tex>\alpha = \frac{P_k\alpha_k+P_{k-1}}{Q_k\alpha_k+Q_{k-1}}</tex>. Поэтому и <tex>\alpha</tex> квадратичная иррациональность.
<tex>\Leftarrow</tex>.
Пусть <tex>a\alpha^2+b\alpha+c=0</tex>. Разложим <tex>\alpha</tex> в цепную дробь и для <tex>\forall k:\alpha=\frac{P_k\alpha_k+P_{k-1}}{Q_k\alpha_k+Q_{k-1}}</tex>. Подставим в уравнение и заменим коэффициенты <tex>A_k\alpha_k^2+B_k\alpha_k+C_k=0</tex>. Где <tex>A_k=aP_k^2+bP_kQ_k+cQ_k^2</tex>, <tex>B_k=2aP_kP_{k-1}+bP_{k-1}Q_k+bP_kQ_{k-1}+2cQ_kQ_{k-1}</tex> и <tex>C_k=aP_{k-1}^2+bP_{k-1}Q_{k-1}+cQ_{k-1}^2</tex>. Вычислим и упростим дискриминант и получим: <tex>B_k^2-4A_kC_k=b^2-4ac</tex>.
Ограничим <tex>A_k,B_k,C_k</tex>. По тому, что <tex>~|\alpha-\frac{P_k}{Q_k}|<\frac{1}{Q_k^2}</tex> имеем <tex>\frac{P_k}{Q_k}=\alpha-\frac{\epsilon}{Q_k^2},\epsilon\in(-1;1)</tex>.
Отсюда <tex>\frac{A_k}{Q_k^2}=a(\frac{P_k}{Q_k})^2+b(\frac{P_k}{Q_k})+c=a\alpha^2+b\alpha+c-2a\alpha\frac{\epsilon}{Q_k^2}+a\frac{\epsilon^2}{Q_k^4}-b\frac{\epsilon}{Q_k^2}</tex>. Отсюда <tex>A_k=-2a\alpha\epsilon+a\epsilon-b\epsilon\Rightarrow~|A_k|\leqslant~|2a\alpha|+~|a|+~|b|</tex>. Далее <tex>C_k = A_{k-1}</tex>, значит тоже ограничено. Теперь <tex>B_k^2-4A_kC_k=b^2-4ac</tex> следовательно <tex>B_k^2\leqslant 4~|A_kC_k|+~|b^2-4ac|<4(2~|a\alpha|+~|a|+|b|)^2+~|b^2-4ac|</tex>. То есть коэффициенты ограничены, но <tex>k</tex> принимает бесконечное число значений, значит <tex>\exists i,j:\alpha_i=\alpha_j; i>j</tex> значит цепная дробь периодична.
}}
[[Категория:Теория чисел]]
