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连分数常数


许多闭式常数可以通过具有特别简单的广义连分数部分分子分母获得。

拉马努金连分数提供了一类引人入胜的连分数常数。Trott 常数是意想不到的常数,其部分分子和分母对应于它们的十进制数字(尽管为了实现这一点,有必要允许一些部分分子等于 0)。

一系列其他著名的连分数常数中的第一个是无限正则连分数

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

常数的前几个收敛项 A_n/B_n 为 0, 1, 2/3, 7/10, 30/43, 157/225, 972/1393, 6961/9976, ... (OEIS A001053A001040)。

分子 A_n分母 B_n 都满足递推关系

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

其中 A_n 具有初始条件 A_1=0, A_2=1B_n 具有初始条件 B_0=0, B_1=1。这些可以精确求解得到

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)第一类修正贝塞尔函数K_n(x)第二类修正贝塞尔函数。因此,当 n->infty 时,无限连分数由下式给出

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)。

广义连分数定义的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 收敛项由下式给出

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

其中 Gamma(n)伽玛函数!n次阶乘。因此,前几个收敛项 A_n/B_n 为 1, 1/2, 3/5, 11/19, 53/91, 103/177, ... (OEIS A053557A103816)。当 n->infty 时,这给出了值

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

(OEIS A073333)。

另一个可以闭式计算的类似连分数常数是

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 是互补误差函数。收敛项的闭式形式未知,但对于 n=1, 2, ..., 前几个收敛项为 1, 1/3, 2/3, 4/9, 7/12, 19/39, 68/123, ... (OEIS A225435A225436)。

另一个闭式连分数由下式给出

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)。前几个收敛项为 5/3, 29/19, 233/151, 2329/1511, 27949/18131, 78257/50767, ... (OEIS A113012A113013)。

具有成等差数列的部分商的一般无限连分数 [b_0;b_1,b_2...] 由下式给出

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

(Schroeppel 1972) 对于实数 AD!=0

Perron (1954-57) 讨论了具有比等差数列更一般的项的连分数,并将它们与各种特殊函数联系起来。但是,他似乎没有具体考虑方程 (24)。


另请参阅

连分数, e, 广义连分数, 黄金比例, 第一类修正贝塞尔函数, 第二类修正贝塞尔函数, 嵌套根式常数, Pi, 兔子常数, 拉马努金连分数, Thue-Morse 常数, Trott 常数

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参考文献

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."

请引用为

Weisstein, Eric W. "连分数常数。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/ContinuedFractionConstants.html

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