Formelsammlung Mathematik: Kettenbrüche
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Reguläre Kettenbrüche
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Ein regulärer Kettenbruch hat die Form
- ,
wobei ist und sind.
Man kürzt ihn mit ab.
Negativer Wert
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Kehrwert
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Goldener Schnitt
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Eulersche Zahl
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Sei der Kettenbruch mit für .
Das heißt .
Für Näherungsbrüche gilt allgemein die Rekursion
mit den Startwerten .
Insbesondere für die Näherungsbrüche von gelten für die Rekursionsformeln:
Setze
Behauptung: Für alle gilt
Der Induktionsanfang lässt sich leicht nachprüfen.
Für gilt nun , woraus
folgt. Daher erfüllen die Rekursion , woraus die Behauptung folgt.
Offenbar verschwinden für , und daher ist .
Für sei der Kettenbruch mit für .
Das heißt .
Für Näherungsbrüche gilt allgemein die Rekursion
mit den Startwerten .
Insbesondere für die Näherungsbrüche von gelten für die Rekursionsformeln:
Setze
Behauptung: Für alle gilt
Der Induktionsanfang lässt sich leicht nachprüfen.
Für gilt nun , woraus
folgt. Daher erfüllen die Rekursion , woraus die Behauptung folgt.
Offenbar verschwinden für , und daher ist .
Sei der Kettenbruch mit
für .
Das heißt .
Für Näherungsbrüche gilt allgemein die Rekursion
mit den Startwerten .
Insbesondere für die Näherungsbrüche von gelten für die Rekursionsformeln:
Setze
Behauptung: Für alle gilt
Der Induktionsanfang
lässt sich leicht nachprüfen. Für gilt nun
, woraus
folgt. Daher erfüllen die Rekursion , woraus die Behauptung folgt.
Offenbar verschwinden für , und daher ist .
Für eine ungerade Zahl sei der Kettenbruch mit
für .
Das heißt
.
Für Näherungsbrüche gilt allgemein die Rekursion
mit den Startwerten .
Insbesondere für die Näherungsbrüche von gelten für die Rekursionsformeln:
Setze
Behauptung: Für alle gilt
Der Induktionsanfang
lässt sich leicht nachprüfen. Für gilt nun
, woraus
folgt. Daher erfüllen die Rekursion , woraus die Behauptung folgt.
Offenbar verschwinden für , und daher ist .
(Ko)tangens (Hyperbolicus)
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Quadratwurzeln
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- Ist kein Quadrat, so lässt sich schreiben in der Form
Familien von Kettenbrüchen
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Zum Beispiel
Eine ausführlichere Einteilung stellen die Bernstein Familien und die Levesque-Rhin Familien dar.
Allgemeine Aussagen über reguläre Kettenbrüche
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- Ein regulärer Kettenbruch ist genau dann irrational, wenn er nicht abbricht.
- Ein regulärer Kettenbruch ist genau dann periodisch, wenn er die Form besitzt, wobei ist und keine Quadratzahl ist.
Satz von Galois
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- Sind , dann lässt sich der reinperiodische Kettenbruch schreiben in der Form ,
- wobei sind und keine Quadratzahl ist.
- Ist der zu inverse Kettenbruch, so stimmt mit der Wurzelkonjugierten überein.
Verallgemeinerte Kettenbrüche
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Eine mögliche Verallgemeinerung ist es Kettenbrüche der Form
zu betrachten, wobei ist und wobei und positive ganze Zahlen sind. Genauso könnte man für und auch reelle oder komplexe Zahlen zulassen.
Ein verallgemeinerter Kettenbruch lässt sich nach Pringsheim abkürzend mit
und nach Gauß abkürzend mit
notieren.
Formel von Bombelli
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- Ist , so gilt
Eulersche Zahl
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Kreiszahl
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- Formel von Brouncker
Catalansche Konstante
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Exponentialfunktion
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Sinus (Hyperbolicus)
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Tangens (Hyperbolicus)
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Zu vorgegebenem erfüllt die Folge
die Rekursion .
Die Folge
erfüllt daher die Rekursion , wobei ist.
Also ist .
Kotangens Hyperbolicus
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Arkussinus und Areasinus Hyperbolicus
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Arkustangens und Areatangens Hyperbolicus
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Logarithmus
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Fehlerfunktion
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Gammafunktion
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Besselfunktion
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Setze .
Es gilt
,
gleichbedeutend mit
.
Multipliziert man mit durch und summiert über , so führt dies zur Gleichung .
Daher ist und somit .
Also ist
Ramanujan-Kettenbrüche
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