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Frazioni continue

pi = 3 + 1/(7 + 1/(15 + 1/(1 + 1/(292 + ...))))
scritto [3; 7, 15, 1, 292, 1, 1, 1, 2, ...]

Una frazione continua esprime un numero come un intero più il reciproco di un'altra frazione continua. Ogni numero reale ha un'espansione in frazione continua unica. I numeri razionali terminano; gli irrazionali quadratici si ripetono periodicamente; i trascendenti come pi non hanno pattern. I convergenti (approssimazioni razionali ottenute per troncamento) sono dimostrabilmente le migliori approssimazioni di qualsiasi razionale con quel denominatore.

Frazioni continue famose a confronto: periodica = irrazionale quadratico
Famous continued fractions compared: periodic = quadratic irrational
Table comparing continued fractions of phi sqrt2 e and pi showing which are periodic and which are irregular
CONSTANTCF NOTATIONTYPE
phi[1; 1, 1, 1, 1, ...]periodic
sqrt(2)[1; 2, 2, 2, 2, ...]periodic
sqrt(3)[1; 1, 2, 1, 2, ...]periodic
e[2; 1, 2, 1, 1, 4, 1, 1, 6...]pattern
pi[3; 7, 15, 1, 292, 1, ...]no pattern
Theorem: a CF is periodic if and only if the number is a quadratic irrational (Lagrange, 1770)
phi is the "hardest" to approximate: its CF of all 1s is the worst possible convergence
Convergents of pi: best rational approximations
Table of convergents of pi showing increasingly accurate rational approximations with small denominators
CONVERGENTDECIMALERROR
3/13.0000000.14159
22/73.1428570.00126
333/1063.1415090.000083
355/1133.141592…0.0000003
103993/331023.14159265…2.7e−10
355/113 is correct to 6 decimal places with only a 3-digit denominator
Successive convergents of π alternate above and below
33.053.13.14πpₙ/qₙ1245convergent n

Convergents 3, 22/7, 333/106, 355/113, 103993/33102 alternate above and below π. Each is the best rational approximation with that denominator or smaller.

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Fatti chiave sulle frazioni continue

Ogni numero reale ha un'espansione in frazione continua unica. I numeri razionali hanno espansioni finite. Gli irrazionali quadratici (come sqrt(2) e phi) hanno espansioni eventualmente periodiche. I trascendenti come pi non hanno pattern. I convergenti di una frazione continua sono le migliori approssimazioni razionali: 22/7 e 355/113 sono convergenti di pi, approssimandolo rispettivamente a 2 e 6 cifre decimali. Phi = [1; 1, 1, 1, ...] è il numero più difficile da approssimare, il che lo rende il più irrazionale in un senso preciso.

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