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유리수의 소수 전개 (순환소수)

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

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

실수가 유리수일 필요충분조건은 소수 표현이 주기적이라는 것입니다. 즉, 소수점 아래 자릿수의 반복이 무한히 나타나는데, 이 반복되는 부분을 순환소수라고 합니다. 예를 들어, [latex]1/3 = 0.333[/latex] (순환소수는 √3)이고, [latex]3/7 = 0.428571428571[/latex] (순환소수는 √428571)입니다. 유한소수는 순환소수가 √0인 특별한 경우입니다.

유리수와 주기적 소수 전개 사이의 관계는 정수론의 기본적 결과입니다. 유리수 p/q는 p를 q로 나누는 나눗셈을 통해 십진수로 변환할 수 있습니다. 가능한 나머지는 q개(0부터 q-1까지)뿐이므로, 나머지의 순서는 반드시 반복됩니다. 나머지가 반복되면 몫의 자릿수도 반복되어 주기적인 전개가 나타납니다.

반대로, 모든 주기 소수는 분수로 변환할 수 있습니다. 유한 소수의 경우 변환은 간단합니다(예: [latex]0.75 = 75/100 = 3/4[/latex]). 순환 소수의 경우 대수적 조작이 필요합니다. 예를 들어, [latex]x = 0.333[/latex]이라고 하면 [latex]10x = 3.333[/latex]입니다. 두 번째 식에서 첫 번째 식을 빼면 [latex]9x = 3[/latex]이 되므로 [latex]x = 3/9 = 1/3[/latex]입니다. 이와 유사한 방법으로 모든 순환 소수를 분수로 변환할 수 있습니다.

이 속성은 합리적인 것과 그렇지 않은 것을 명확하게 구분해 줍니다. 비합리적인 무리수, 예를 들어 파이(π)나 제곱근 2(√2)와 같은 수는 소수 전개가 무한소수이면서 순환소수가 없습니다. 유리수 p/q(기약분수)의 순환소수(주기)의 길이는 분모 q의 소인수와 관련이 있습니다. 구체적으로, 순환소수의 길이는 q'를 법으로 했을 때 10의 차수와 같습니다. 여기서 q'는 q에서 10과 서로소인 부분입니다.

UNESCO Nomenclature: 1101
대수학, 정수론 및 군론

유형

추상 시스템

분열

상당한

용법

널리 사용됨

전구체

  • 십진법의 발명
  • 다항식 나눗셈 알고리즘 개발
  • 사이먼 스티빈의 소수 소개
  • 모듈러 산술 연구

응용 프로그램

  • 계산기와 컴퓨터에서 분수를 소수로 변환하는 알고리즘
  • 수치해석에서 유리수의 검출
  • 암호화 주기 수열의 속성을 기반으로
  • 부동소수점 표현의 한계를 이해하기 위한 컴퓨터 과학

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

  • 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
관련 개념: 소수 전개, 주기 소수, 순환 소수, 유리수, 분수, 나눗셈, 정수론, 순환소수, 유한소수 무리수.

역사적 맥락

유리수의 소수 전개 (순환소수)

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

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

10년차 기념일

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