Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
家 » 有理数の小数展開(循環小数)

有理数の小数展開(循環小数)

1585
Mathematician's desk with notes on decimal expansion of rational numbers, 16th century.

(画像はイメージです)

実数が有理数であるのは、その小数表現が周期的である場合に限ります。周期的とは、桁の並びが最終的に有限の桁の並びを無限に繰り返すことを意味します。この繰り返される部分を循環小数と呼びます。例えば、[latex]1/3 = 0.333[/latex] (循環小数は 3) および [latex]3/7 = 0.428571428571[/latex] (循環小数は 428571) です。有限小数は、循環小数が 0 となる特殊なケースです。

有理数と周期的な小数展開の関係は、数論における基本的な結果である。 有理数 [latex]p/q[/latex] は、[latex]p[/latex] を [latex]q[/latex] で長除算することにより小数に変換できます。可能な剰余は [latex]q[/latex] 通り (0 から [latex]q-1[/latex]) しかないため、剰余の列は最終的に繰り返されます。剰余が繰り返されると、商の桁の列も繰り返され、周期的な展開が生じます。

逆に、任意の循環小数は分数に変換できます。有限小数の場合、変換は簡単です(例:[latex]0.75 = 75/100 = 3/4[/latex])。循環小数の場合は、代数的な操作が必要です。たとえば、[latex]x = 0.333[/latex] とします。すると、[latex]10x = 3.333[/latex] となります。最初の式から2番目の式を引くと、[latex]9x = 3[/latex] となり、[latex]x = 3/9 = 1/3[/latex] となります。同様の方法で、任意の循環小数に変換できます。

この性質は、合理的と 非合理的 数。無理数、[latex]pi[/latex]や[latex]sqrt{2}[/latex]のような無理数は、非終止かつ非循環の小数展開を持ちます。有理数[latex]p/q[/latex](既約分数)の循環小数(周期)の長さは、分母[latex]q[/latex]の素因数に関係しています。具体的には、周期の長さは[latex]q'[/latex]を法とする10のオーダーです。ここで、[latex]q'[/latex]は[latex]q[/latex]のうち10と互いに素な部分です。

UNESCO Nomenclature: 1101
代数学、数論、群論

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 十進法の発明
  • 長除法アルゴリズムの開発
  • サイモン・ステヴィンによる小数導入
  • モジュラー算術の研究

アプリケーション

  • 電卓やコンピュータで分数を小数に変換するアルゴリズム
  • 数値解析における有理数の検出
  • 暗号学 周期的な数列の特性に基づく
  • 浮動小数点表現の限界を理解するためのコンピュータ科学

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • a system for generating secure pseudo-random numbers based on the long, non-obvious periods of specific rational fractions
  • a digital watermarking technique that embeds data in the repeating decimal part of numerical values in a file
  • an error-detection code for data transmission that uses properties of decimal periods
  • a musical synthesis method that generates complex timbres from the periodic waveforms derived from decimal expansions
  • a fractal generation algorithm where the parameters are controlled by the repetends of rational numbers
  • a high-density data storage method encoding information into the choice of base and the resulting periodic representation of a set of rational numbers
  • an educational software that visually demonstrates the link between long division and repeating decimals
  • a financial fraud detection system that flags numbers with suspiciously simple decimal expansions where complex ones are expected
  • a compression algorithm for numerical datasets by identifying and storing repeating decimal patterns
  • a method for authenticating digital documents by embedding a hash as a specific repeating decimal in a document’s metadata
関連: 小数展開、周期小数、循環小数、有理数、分数、長除法、数論、循環、有限小数、 無理数.

歴史的背景

有理数の小数展開(循環小数)

-300
-450
1585
1779
1799
1801
1850
1875
-300
-550
1750
1790
1800
1844
1874

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

フルサイズの画像とダウンロードは、登録会員のみが100%無料で利用できます。