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連分數常數


許多閉式常數可以透過具有特別簡單的廣義連分數部分分子分母獲得。

拉馬努金連分數提供了一類引人入勝的連分數常數。Trott 常數是意想不到的常數,其部分分子和分母對應於它們的十進位制數字(儘管為了實現這一點,有必要允許一些部分分子等於 0)。

一系列其他著名的連分數常數中的第一個是無限正則連分數

C_1=K_(n=1)^(infty)1/n
(1)
=1/(1+1/(2+1/(3+1/(4+1/(5+...))))).
(2)

常數的前幾個收斂項 A_n/B_n 為 0, 1, 2/3, 7/10, 30/43, 157/225, 972/1393, 6961/9976, ... (OEIS A001053A001040)。

分子 A_n分母 B_n 都滿足遞推關係

 f_(n+1)=nf_n+f_(n-1),
(3)

其中 A_n 具有初始條件 A_1=0, A_2=1B_n 具有初始條件 B_0=0, B_1=1。這些可以精確求解得到

A_n=(I_n(-2)K_1(2)-I_1(-2)K_n(2))/(I_2(-2)K_1(2)-I_1(-2)K_2(2))
(4)
=2[(-1)^nI_n(2)K_1(2)+I_1(2)K_n(2)]
(5)
B_n=(I_n(-2)K_0(2)-I_0(-2)K_n(2))/(I_1(-2)K_0(2)-I_0(-2)K_1(2))
(6)
=2[(-1)^(n-1)I_n(2)K_0(2)+I_0(2)K_n(2)],
(7)

其中 I_n(x)第一類修正貝塞爾函式K_n(x)第二類修正貝塞爾函式。因此,當 n->infty 時,無限連分數由下式給出

C_1=lim_(n->infty)(A_n)/(B_n)
(8)
=(I_1(2))/(I_0(2))
(9)
=0.697774658...
(10)

(OEIS A052119; Lehmer 1973, Rabinowitz 1990; Borwein et al. 2004, p. 35)。

廣義連分數定義的Related constant

C_2=K_(n=1)^(infty)n/n
(11)
=1/(1+2/(2+3/(3+4/(4+5/(5+...)))))
(12)

具有 nth 收斂項由下式給出

 (A_n)/(B_n)=[(Gamma(n+2))/(!(n+1))-1]^(-1),
(13)

其中 Gamma(n)伽瑪函式!n次階乘。因此,前幾個收斂項 A_n/B_n 為 1, 1/2, 3/5, 11/19, 53/91, 103/177, ... (OEIS A053557A103816)。當 n->infty 時,這給出了值

C_2=1/(e-1)
(14)
=0.581976...
(15)

(OEIS A073333)。

另一個可以閉式計算的類似連分數常數是

C_3=1+K_(n=1)^(infty)n/1
(16)
=1+1/(1+2/(1+3/(1+4/(1+5/(6+...)))))
(17)
=sqrt(2/(epi))[erfc(2^(-1/2))]^(-1)
(18)
=1.5251352...
(19)

(OEIS A111129),其中 erfc 是互補誤差函式。收斂項的閉式形式未知,但對於 n=1, 2, ..., 前幾個收斂項為 1, 1/3, 2/3, 4/9, 7/12, 19/39, 68/123, ... (OEIS A225435A225436)。

另一個閉式連分數由下式給出

C_4=1+K_(n=1)^(infty)(2n)/(2n+1)
(20)
=1+2/(3+4/(5+6/(7+8/(9+(10)/(11+...)))))
(21)
=(sqrt(e)-1)^(-1)
(22)
=1.5414940...
(23)

(OEIS A113011)。前幾個收斂項為 5/3, 29/19, 233/151, 2329/1511, 27949/18131, 78257/50767, ... (OEIS A113012A113013)。

具有成等差數列的部分商的一般無限連分數 [b_0;b_1,b_2...] 由下式給出

 [A+D,A+2D,A+3D,...]=(I_(A/D)(2/D))/(I_(1+A/D)(2/D))
(24)

(Schroeppel 1972) 對於實數 AD!=0

Perron (1954-57) 討論了具有比等差數列更一般的項的連分數,並將它們與各種特殊函式聯絡起來。但是,他似乎沒有具體考慮方程 (24)。


另請參閱

連分數, e, 廣義連分數, 黃金比例, 第一類修正貝塞爾函式, 第二類修正貝塞爾函式, 巢狀根式常數, Pi, 兔子常數, 拉馬努金連分數, Thue-Morse 常數, Trott 常數

使用 探索

參考文獻

Borwein, J.; Bailey, D.; 和 Girgensohn, R. Experimentation in Mathematics: Computational Paths to Discovery. Wellesley, MA: A K Peters, pp. 34-35, 2004.Finch, S. R. "Euler-Gompertz Constant." §6.2 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 423-428, 2003.Guy, R. K. "Review: The Mathematics of Plato's Academy." Amer. Math. Monthly 97, 440-443, 1990.Lehmer, D. H. "Continued Fractions Containing Arithmetic Progressions." Scripta Math. 29, 17-24, 1973.Perron, O. Die Lehre von den Kettenbrüchen, 3. verb. und erweiterte Aufl. Stuttgart, Germany: Teubner, 1954-57.Rabinowitz, S. Problem E3264. "Asymptotic Estimates from Convergents of a Continued Fraction." Amer. Math. Monthly 97, 157-159, 1990.Schroeppel, R. Item 99 in Beeler, M.; Gosper, R. W.; 和 Schroeppel, R. HAKMEM. Cambridge, MA: MIT Artificial Intelligence Laboratory, Memo AIM-239, p. 36, Feb. 1972. http://www.inwap.com/pdp10/hbaker/hakmem/cf.html#item99.Sloane, N. J. A. Sequences A001040/M2863, A001053/M1783, A052119, A053557, A073333, A103816, A111129, A113011, A113012, A113013, A225435, 和 A2225436 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

請引用為

Weisstein, Eric W. "連分數常數。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/ContinuedFractionConstants.html

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