У математици, пел бројеви су бесконачни редовицелих бројева, познати од давнина, који обухватају имениоценајближих рационалних апроксимација до квадратног корена броја 2. Ред апроксимације почиње 1/1, 3/2, 7/5, 17/12, и 41/29, тако да низ Пел бројева почиње 1, 2, 5, 12, и 29. Бројеви истог реда апроксимације су половина пратећих Пел бројева или Пел-Лукас бројева; ови бројеви чине други бесконачни ред који почиње са 2, 6, 14, 34, и 82. И Пел број и пратећи Пел број се могу израчунати помоћу понављања везе сличне оној за Фибоначијеве бројеве, и оба Пел број и пратећи Пел број могу бити израчунати помоћу понављања односа слично као за Фибоначијеве бројеве, и оба низа бројева расту експоненцијално, пропорционално снази сребрног односа 1 + √2. Као што се користе за апроксимацију квадратног корена двојке, Пел бројеви могу бити коришћени да се нађе квадратни троугаони број, да се конструише целобројна апроксимација десног једнакокраког троугла, и да се реши одређен комбинаторни бројни проблем.[1]
Као са Пеловом једначином, име Пел бројева потиче од погрешног преписивања једначине Леонарда Ојлера и добијених података од ње Џона Пела. Пел-Луас бројеви су такође названи по Едуарду Лукасу, који је разматрао редове дефинисане помоћу понављања овог типа; Пел и пратећи Пел бројеви су Лукас редови.
Речима, ред Пел бројева почиње 0 и 1, а онда сваки Пел број је збир двоструког претходног Пел броја и Пел броја пре њега. Првих неколико чланова реда су
Пел бројеви се такође могу изразити затвореном формом формуле
За велике вредности n-а, члан доминира овим изразом, тако да су Пел бројеви пропорционални снази сребрног пресека, аналогно стопи раста Фибоначијевих бројева као снаге златног пресека.
онда њихов однос даје приближну апроксимацију . Ред апроксимације ове форме је
где је делилац сваког разломка Пел број и бројилац сума Пел броја и његовог претходника у реду. Тада, решење има форму . Апроксимација
овог типа је била позната индијском математичару у трећем или четвртом веку п. н. е. [3] Грк у петом веку п. н. е. је такође знао овај ред апроксимације.[4] Платон се односи на бројиоце као рационалне дијаметре.[5] У 2. веку Н. Е. Теон оф Смирна је користио термин бочног и дијаметријског броја да опише делиоце и бројиоце овог реда. [6]
Скраћивањем ове експанзије до било ког броја чланова производи једну од апроксимација базирану на Пел броју овог реда; на пример,
Како Кнут (1994) описује, чињеница да Пел бројеви апроксимирају дозвољава им да буду коришћени за тачне рационалне апроксимације до регуларног октагона са чворовима координата и . Сва темена су подједнако удаљена од порекла, а чине готово јединствене углове око порекла. Алтернативно, тачке , , и формирају приближан октагон у ком су темена скоро подједнако удаљена од порекла и формирају јединствене углове.
Прости бројеви и квадрати
Пел прост број је Пел број који је прост. Првих неколико Пел простих бројева
Као са Фибоначијевим бројевима, Пел број може бити прост само ако је његов н прост, зато што а дели б ако и само ако дали .
Ако и само ако се прост број р поклапа са 1 или 7 (мод 8), онда р дели Pp-1, у супротном, p дели Pp+1. (Једини изузетак је p = 2, ако и само ако је p = 2, онда p дели Pp)
Једини Пел бројеви коју су квадрати, кубови или неки виши степен целог броја су 0, 1, и 169 = 132.[7]
Међутим, упркос томе што имају неколико квадрата и других степена, Пел бројеви имају блиску повезаност са квадратним троугаоним бројевима. [8] Специјално, ови бројеви произилазе из следећег идентитета Пел бројева:
Лева страна овог идентитета описује квадратни број, док десна страна описује троугаони број, тако да је резултат квадратни троугаони број.
Сантана и Диаз-Бареро (2006) су доказали други идентитет повезујући Пел бројеве са квадратима и показујући да је збир Пел бројева до увек квадрат:
На пример, збир Пел бројева до , , је квадрат. Бројеви који формирају квадратни корен ових збирова,
Ако десни троугао има целобројну страну дужина a, b, c (обавезно је задовољена Питагорина теорема a2+b2=c2), онда је (a,b,c) Питагорина трока. Како Мартин (1875) описује, Пел бројеви се могу користити за формирање Питагорине тројке у којој су a и b једна јединица, одговарајући десним троугловима који су скоро једнакокраки. Свака таква тројка има форму
Ред Питагориних тројки формираних на овај начин је
The companion Pell numbers or Pell-Lucas numbers are defined by the recurrence relation
Речима: прва два броја у овом низу су оба 2, и сваки следећи број је формиран додавањем дуплог претходног Пел-Лукас броја Пел-Лукас броју пре овог, или еквивалентно, додавањем следећег Пел броја претходном Пел броју: тада, 82 је пратилац 29, и 82 = 2 * 34 + 14 = 70 + 12. Првих неколико чланова овог реда су (sequence A002203 in OEIS): 2, 2, 6, 14, 34, 82, 198, 478...
Као Фибоначијев број према Лукас броју, за све природне бројеве н.
Пратећи Пел бројеи могу бити изражени помоћу затворене форме формулом
Ови бројеви су сви једнаки;сваки такав број је два пута бројилац у једној рационалног апроксимацији горе поменутој.
Као Лукас ред, ако је Пел-Лукас број прост, неопходно је да н буде или прост или степен 2. Пел-Лукас прости бројеви су
Следећа табела даје неколико првих степена сребрног односа и његов коњуговани
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Коефицијенти су половина пратећих Пел бројева и Пел бројева који су (не-негативна) решења Квадратни троугаони број је број , који је и ттх троугаони број и ктх квадратни број. Близу једнакокраки Питагорин троугао где је
Следећа табела показује да раздвајање непарног броја на скоро једнаке половине даје квадратни троугаони број када је н чак и скоро једнакокраки Питагорин троугао када је н непаран број. Сва решења настају на овај начин.
t
t+1
s
a
b
c
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
2
3
2
1
2
1
3
7
5
3
4
5
4
17
12
8
9
6
5
41
29
20
21
29
6
99
70
49
50
35
7
239
169
119
120
169
8
577
408
288
289
204
9
1393
985
696
697
985
10
3363
2378
1681
1682
1189
11
8119
5741
4059
4060
5741
12
19601
13860
9800
9801
6930
Дефиниције
Половина пратилаца Пел бројева и Пел бројева може бити изведена на бројне лако еквивалентне начине.
Подизање на снаге:
Из овога следи да постоје затворене форме:
и
Упарени рецидиви:
и матричне формулације:
Тако је
Апроксимације
Разлика између и је која брзо иде ка нули. Тако је екстремно близу
Из последњег запажања следи да се показатељ целог броја брзо приближава и и се брзо приближавају
H2 − 2P2 = ±1
Како је ирационалан, не можемо имати тј.,
Најбоље што можемо да добијемо је или
(Не-негативна) решења за су управо парови чак и решења за су управо парови непарним. Да видите ово, приметите да је
тако да ове разлике, почевши од су наизменично Онда приметимо да је свако позитивно решење у облику мањих целих бројева од Мање решење такође има позитивне целе бројеве са једним изузетком које долази из
Квадратни троугаони бројеви
Тражена једначина је еквивалентна која постаје са супституцијом Отуда је н-то решење and
Приметимо да су и узајамно прости тако да се дешава управо када су они суседни цели бројеви, један квадрат и други два квадрата Пошто знамо сва решења једначине, имамо и
и
Овај алтернативни израз се види у следећој табели.
t
t+1
s
а
b
c
0
1
0
1
1
1
1
2
1
3
4
5
2
3
2
8
9
6
21
20
29
3
7
5
49
50
35
119
120
169
4
17
12
288
289
204
697
696
985
5
41
29
1681
1682
1189
4059
4060
5741
6
99
70
9800
9801
6930
23661
23660
33461
Питагорине тројке
Једначина се јавља управом када је које постаје са супституције Стога је н-то решење and
Горња табела показује да, у једном или другом реду, је док је
Референце
^For instance, Sellers (2002) proves that the number of perfect matchings in the Cartesian product of a path graph and the graph K4-e can be calculated as the product of a Pell number with the corresponding Fibonacci number.
^For the matrix formula and its consequences see Ercolano (1979) and Kilic and Tasci (2005).
^See Knorr (1976) for the fifth century date, which matches Proclus' claim that the side and diameter numbers were discovered by the Pythagoreans.
^For instance, as several of the references from the previous note observe, in Plato's Republic there is a reference to the "rational diameter of 5", by which Plato means 7, the numerator of the approximation 7/5 of which 5 is the denominator.
Pethő, A. (1992). „The Pell sequence contains only trivial perfect powers”. Sets, graphs, and numbers (Budapest, 1991). Colloq. Math. Soc. János Bolyai, 60, North-Holland. стр. 561—568. MR1218218.