Kvant

Bản dịch tự động sơ bộ, chất lượng thấp: có thể còn lỗi và câu chữ chưa tự nhiên. Bản này sẽ được thay bằng bản dịch tốt hơn. Bản gốc →

26

số 2 adic

Nếu bạn được hỏi cái gì có thể được gọi là “khoảng cách giữa hai số hữu tỷ”, thì sau khi suy nghĩ, có lẽ bạn nên trả lời đáp số: “khoảng cách giữa hai số nên được gọi là mô đun hiệu của chúng. Chúng ta thực hiện định nghĩa này một cách hợp lý - “khoảng cách” này thỏa mãn tất cả các tiên đề về khoảng cách (xem “Hình học 8”, đoạn 132). Nhưng hóa ra khoảng cách giữa các số hữu tỷ thỏa mãn tất cả các tiên đề có thể được tính theo một cách khác Cách này đã được thực hiện bởi nhà toán học người Đức K. Hansel (1861-1941) - ông thậm chí còn nghĩ ra cả một loại khoảng cách như vậy. Một trong số đó sẽ được thảo luận trong bài viết này.

Nghiên cứu của Hansel hóa ra rất quan trọng đối với đại số và toán học nói chung, và khoảng cách của ông sẽ giúp chúng ta giải hai bài toán, thoạt nhìn, không liên quan gì đến khoảng cách nào cả.

khoảng cách 2 adic

Cho aa và bb là các số hữu tỉ. Nếu a≠ba \neq b thì chúng ta biểu thị số a−ba-b là a−b=2k⋅mna-b = 2^k \cdot \frac{m}{n}, trong đó mm và nn là số lẻ và kk là số nguyên (dương, âm hoặc bằng 0). Khoảng cách 2 adic giữa các số aa và bb, a≠ba \neq b, được gọi là số ρ(a,b)=1/2k\rho(a, b) = 1/2^k. Nếu a=ba=b thì đặt ρ(a,b)=0\rho(a, b) = 0.

Chúng ta hãy nhớ lại các tiên đề về khoảng cách:

A1. ρ(a,b)>0\rho(a, b) > 0 nếu a≠ba \neq b và ρ(a,b)=0\rho(a, b) = 0 nếu a=ba=b.

A2. ρ(a,b)=ρ(b,a)\rho(a, b) = \rho(b, a).

A3. ρ(a,c)⩽ρ(a,b)+ρ(b,c)\rho(a, c) \leqslant \rho(a, b) + \rho(b, c).

Thuộc tính A1 và A2 cho khoảng cách 2 adic, cũng như thuộc tính A3 trong trường hợp nếu trong số các số a,b,ca, b, c có những số bằng nhau, rất bằng nhau.

Hãy chứng minh tính chất A3 cho các số hữu tỉ khác nhau a,b,ca, b, c. Đặt a−b=2k1⋅mn1a-b = 2^{k_1} \cdot \frac{m}{n_1}, b−c=2k2⋅m2n2b-c = 2^{k_2} \cdot \frac{m_2}{n_2}, a−c=2k3⋅m3n3a-c = 2^{k_3} \cdot \frac{m_3}{n_3}, trong đó tất cả mi,nim_i, n_i đều là số lẻ. Vì a−c=(a−b)+(b−c)a-c = (a-b) + (b-c) nên k3k_3 không nhỏ hơn số nhỏ hơn trong các số k1k_1 và k2k_2. Nhưng sau đó 12k3\frac{1}{2^{k_3}} không vượt quá số lớn nhất trong số 12k1\frac{1}{2^{k_1}} và 12k2\frac{1}{2^{k_2}}, và thậm chí còn hơn thế nữa 12k3⩽12k1+12k2\frac{1}{2^{k_3}} \leqslant \frac{1}{2^{k_1}} + \frac{1}{2^{k_2}}.

Vì vậy, chúng ta thấy rằng tất cả các tiên đề đều thỏa mãn, do đó ρ\rho thực sự có thể được gọi là khoảng cách.

Điều gì làm thay đổi khoảng cách này? Hóa ra nó làm thay đổi mức độ chia hết của một số hữu tỷ cho 2. Số càng chia hết cho 2 thì càng gần 0. Ví dụ: 8 gần 0 hơn 1/2; 16 gần 0 hơn 8; 480 gần 0 hơn 16; 384 gần bằng 0 hơn 480.

Trên thực tế, chúng ta đã chứng minh được rằng khoảng cách 2-adic có tính chất A3’, mạnh hơn tính chất A3. A3’. Khoảng cách ρ(a,c)\rho(a, c) không vượt quá khoảng cách lớn hơn ρ(a,b)\rho(a, b) và ρ(b,c)\rho(b, c).

Căng thẳng 1. Chứng minh rằng nếu ρ(a,b)≠ρ(b,c)\rho(a, b) \neq \rho(b, c) thì ρ(a,c)\rho(a, c) bằng số lớn nhất trong các số ρ(a,b),ρ(b,c)\rho(a, b), \rho(b, c), và nếu ρ(a,b)=ρ(b,c)≠0\rho(a, b) = \rho(b, c) \neq 0 thì ρ(a,c)<ρ(a,b)\rho(a, c) < \rho(a, b).

Tính chất A3’ dẫn tới những hệ quả thú vị. Cho ta biết rằng đường tròn 2 adic bán kính rr tâm aa (và một số hữu tỉ, rr là số thực dương) là tập hợp các số hữu tỉ xx thỏa mãn ρ(a,x)<r\rho(a, x) < r.

Căng thẳng 2. Chứng minh rằng nếu hai đường tròn 2 adic có giao điểm khác rỗng thì một trong hai đường tròn này chứa trong đường tròn kia.

27

  1. Chứng minh rằng đường tròn 2-Adic bán kính rr chứa vô số đường tròn 2-Adic rời rạc từng cặp có bán kính rr.

Bằng cách tương tự với mô hình thông thường của một số, chúng ta xác định mô đun 2 adic ∥a∥\|a\| của một số hữu tỷ aa là khoảng cách 2 adic từ số này đến 0: nếu a=2kmna = 2^k \frac{m}{n}, trong đó mm và nn là số lẻ thì ∥a∥=ρ(0,a)=(12)k\|a\| = \rho(0, a) = \left(\frac{1}{2}\right)^k. Thật dễ dàng để thiết lập các thuộc tính sau của mô-đun 2-adic:

M1. ∥a∥>0\|a\| > 0 nếu a≠0a \neq 0 và ∥0∥=0\|0\| = 0.
M2. Nếu ∥a∥>∥b∥\|a\| > \|b\| thì ∥a+b∥=∥a∥\|a+b\| = \|a\|, nếu ∥a∥=∥b∥≠0\|a\| = \|b\| \neq 0 thì ∥a+b∥<∥a∥∗\|a+b\| < \|a\|^*.
M3. ∥ab∥=∥a∥⋅∥b∥\|ab\| = \|a\| \cdot \|b\|.

Nhấn mạnh

  1. Rút ra từ các thuộc tính M1–M3 các thuộc tính sau của mô-đun 2-adic:

a) ∥a∥=∥a∥\|a\| = \|a\|, b) nếu ∥a∥≠∥b∥\|a\| \neq \|b\|, thì ∥a−b∥=∥a+b∥\|a-b\| = \|a+b\|.
5. Chứng minh rằng nếu ∥1−x∥<1\|1-x\| < 1 và ∥1−y∥<1\|1-y\| < 1 thì ∥1−xy∥<1\|1-xy\| < 1.

Bài toán về một hình vuông

Hình 1 cho thấy một hình vuông được chia thành các hình tam giác tròn. Các hình vuông ở Hình 2 được chia thành các hình tam giác có diện tích bằng nhau. Trong mỗi ví dụ này, số lượng hình tam giác trong phân vùng là số chẵn.

Bài toán a. Chứng minh rằng không thể chia một hình vuông thành số lẻ các hình tam giác có diện tích bằng nhau.

Chúng ta hãy chọn hệ tọa độ trên mặt phẳng sao cho các đỉnh O,A,BO, A, B và CC của một hình vuông đã cho có tọa độ O(0;0),A(1;0)O(0; 0), A(1; 0),

⋅\cdot Dù sao thì ∥a+b∥≤∥a∥+∥b∥\|a+b\| \leq \|a\| + \|b\|.

B(1;1),C(0;1)B(1; 1), C(0; 1). Giả sử hình vuông được chia thành nn hình tam giác có diện tích bằng nhau. Khi đó diện tích của mỗi hình tam giác trong phân vùng bằng 1/n1/n. Nếu nn là số lẻ thì ∥1/n∥=1\|1/n\| = 1 và nếu nn là số chẵn thì ∥1/n∥≥2\|1/n\| \geq 2. Do đó, tính chẵn lẻ của nn sẽ được chứng minh nếu chúng ta thiết lập ∥1/n∥≥2\|1/n\| \geq 2 đó.

Hãy xem xét một trường hợp đặc biệt. Đặt các đỉnh của các tam giác phân chia là các điểm có tọa độ hữu tỉ. Trong trường hợp này, mỗi đỉnh (x;y)(x; y) có thể được tô màu xanh lục, đỏ hoặc xanh lam theo quy tắc sau: nếu ∥x∥<1\|x\| < 1 và ∥y∥<1\|y\| < 1 thì điểm có màu xanh lục; nếu ∥x∥≥∥y∥\|x\| \geq \|y\| và ∥x∥≥1\|x\| \geq 1 thì điểm đó có màu đỏ; nếu ∥x∥<∥y∥\|x\| < \|y\| và ∥y∥≥1\|y\| \geq 1 thì điểm đó có màu xanh lam (xem Hình 3). Chúng ta sẽ giả sử rằng không chỉ các đỉnh được tô màu mà còn tất cả các điểm hữu tỷ của mặt phẳng.

Bài tập 6. a) Chứng minh rằng nếu PP là điểm màu lục thì khi PO→\overrightarrow{PO} (OO là gốc tọa độ) cắt song song thì mỗi điểm màu giữ nguyên màu của nó.

  1. Chứng minh rằng không có đường thẳng nào chứa điểm đủ ba màu.

Giả sử rằng một trong các hình tam giác trong phân vùng có tất cả các đỉnh có màu khác nhau (phụ lục đã chứng minh rằng một hình tam giác như vậy phải tồn tại). Đặt KK là đỉnh màu xanh lục của tam giác này.

Với giao điểm song song của KO→\overrightarrow{KO}, bằng bài tập ba, chúng ta lại thu được một hình tam giác có các đỉnh có cả ba màu. Chúng ta hãy biểu thị bằng L1(x1,y1)L_1(x_1, y_1) đỉnh màu đỏ của tam giác thu được và L2(x2,y2)L_2(x_2, y_2) đỉnh màu xanh lam của nó (màu xanh lá cây

28

đỉnh của tam giác này là điểm OO). Vì tam giác OL1L2OL_1L_2 thu được bằng cách dịch song song tam giác phân vùng nên diện tích của nó bằng 1/n1/n. Mặt khác, diện tích tam giác OL1L2OL_1L_2 là 1/2∣x1y2−x2y1∣1/2|x_1y_2-x_2y_1|. (Hãy tự chứng minh điều đó.)

Vì vậy, chúng ta có được đẳng thức 1/n=1/2∣x1y2−x2y1∣1/n=1/2|x_1y_2-x_2y_1|. Bây giờ không khó để thiết lập bất đẳng thức ∥1n∥≥2\left\|\frac{1}{n}\right\| \geq 2. Thật vậy, vì L1L_1 là chấm đỏ và L2L_2 là chấm xanh lam, nên ∥x1∥≥∥y1∥\|x_1\| \geq \|y_1\|, ∥x2∥<∥y2∥\|x_2\| < \|y_2\|.

Thay đổi các bất đẳng thức này, chúng ta nhận được ∥x1∥∥y2∥>∥x2∥∥y1∥\|x_1\| \|y_2\| > \|x_2\| \|y_1\|, và do đó, theo tính chất M3M3 ∥x1y2∥>∥x2y1∥\|x_1y_2\| > \|x_2y_1\|. Do tính chất M2M2 và bài tập 46) ∥x1y2∥=∥x1y2∥\|x_1y_2\| = \|x_1y_2\|. Ngoài ra, ∥x1∥≥1\|x_1\| \geq 1, ∥y2∥≥1\|y_2\| \geq 1, vậy ∥1/n∥=2∥x1∥∥y2∥≥2\|1/n\| = 2\|x_1\| \|y_2\| \geq 2.

Để giải bài toán trong trường hợp tổng quát, chỉ cần chứng minh rằng mô hình 2-Adic có phần mở rộng của tập hợp tất cả các số thực là đủ, tức là có một hàm x→∥x∥x \rightarrow \|x\| được xác định trên tập hợp tất cả các số thực, có tính chất M1−M3M1-M3 và trùng với mô hình 2-Adic trên tập hợp các số khác nhau. Chức năng như vậy của thực tế tồn tại, nhưng bằng chứng về sự tồn tại của nó đòi hỏi thành phố phải sử dụng các phương tiện phức tạp hơn những phương tiện mà chúng tôi có trong bài viết này.

phân hủy 2-adic

Như bạn đã biết, bất kỳ số tự nhiên nào cũng có thể được biểu diễn dưới dạng tổng lũy ​​thừa của 2. Ví dụ: 1000=23+25+26+27+28+291000 = 2^3+2^5+2^6+2^7+2^8+2^9. Sử dụng phép xét 2-adic, việc khai triển này có thể thu được như sau. Trước tiên, chúng ta tìm lũy thừa của 2 có cùng khoảng cách từ 0 đến số 1000. Tìm lũy thừa này (23)(2^3), trừ nó khỏi số 1000 để được số 2, có cùng khoảng cách với 0. Sau đó, chúng ta tìm lũy thừa của 2 có cùng khoảng cách với 0 với số 960=992−25960 = 992-2^5, v.v.

29

Sử dụng lũy ​​thừa âm của 2, chúng ta có thể thu được các khai triển tương tự của các số hữu tỉ có dạng m2k\frac{m}{2^k}, trong đó mm, kk là các số tự nhiên. Ví dụ,

1477256=1+22+28+27+28+21028=2−8+2−6+2−2+2−1+20+22.\frac{1477}{256} = \frac{1 + 2^2 + 2^8 + 2^7 + 2^8 + 2^{10}}{2^8} = 2^{-8} + 2^{-6} + 2^{-2} + 2^{-1} + 2^0 + 2^2.

Không có số hữu tỉ nào khác có thể được biểu diễn dưới dạng tổng lũy ​​thừa của hai, nhưng hóa ra những tổng như vậy có thể xấp xỉ bất kỳ số hữu tỉ nào một cách chính xác như mong muốn. Thật vậy, giả sử aa là một số hữu tỉ và ∥a∥=12k1\|a\| = \frac{1}{2^{k_1}}. Vì vậy a1=a−2k1a_1 = a - 2^{k_1}. Khi đó a1a_1 gần 0 hơn aa (xem bài tập 1).

Pozny là a1=0a_1 = 0 hoặc ∥a1∥=12k2\|a_1\| = \frac{1}{2^{k_2}}, trong đó k2>k1k_2 > k_1. Polya a2=a1−2k2a_2 = a_1 - 2^{k_2}, chúng ta lại nhận được a2=0a_2 = 0 hoặc ∥a2∥=12k3\|a_2\| = \frac{1}{2^{k_3}}, trong đó k3>k2k_3 > k_2, v.v. Do đó, một số asa_s bằng 0 và khi đó aa là tổng lũy ​​thừa của hai: a=2k1+2k2+⋯+2ksa = 2^{k_1} + 2^{k_2} + \dots + 2^{k_s} hoặc tất cả asa_s đều khác 0, sau đó tổng có dạng 2k1+2k2+⋯+2ks2^{k_1} + 2^{k_2} + \dots + 2^{k_s} gần đúng với số aa chính xác như mong muốn. Trong trường hợp này, thật thuận tiện khi giả sử rằng aa bằng tổng vô hạn a=2k1+2k2+⋯+2ks+…a = 2^{k_1} + 2^{k_2} + \dots + 2^{k_s} + \dots.

Sự định nghĩa. Cho x1,x2,…,xnx_1, x_2, \dots, x_n là một dãy số hữu tỉ. Chúng ta sẽ nói rằng số hữu tỉ aa bằng tổng vô hạn x1+x2+⋯+xn+…x_1 + x_2 + \dots + x_n + \dots nếu phép xét 2 adic giữa số aa và tổng hữu hạn Sn=x1+⋯+xnS_n = x_1 + \dots + x_n tiến tới 0 vì nn tiến tới vô cùng, tức là

lim⁡n→∞ρ(a,Sn)=0.\lim_{n \to \infty} \rho(a, S_n) = 0.

Trong thực tế, nếu ∥q∥<1\|q\| < 1 thì tổng vô hạn a+aq+aq2+⋯+aqn+…a + aq + aq^2 + \dots + aq^n + \dots được xác định và bằng a1−q\frac{a}{1 - q}.

Chúng tôi đã chứng minh rằng mọi số hữu tỷ đều có thể được biểu diễn dưới dạng tổng hữu hạn 2k1+2k2+⋯+2kn2^{k_1} + 2^{k_2} + \dots + 2^{k_n} (k1<k2<⋯<knk_1 < k_2 < \dots < k_n) hoặc dưới dạng tổng vô hạn 2k1+2k2+⋯+2kn+…2^{k_1} + 2^{k_2} + \dots + 2^{k_n} + \dots (kik_i là số nguyên, k1<k2<…k_1 < k_2 < \dots). Trong cả hai trường hợp, biểu diễn này, mà chúng ta gọi là phân tách 2-Adic của số aa, có thể được viết là εk2k+εk+12k+1+⋯+εk+n2k+n+…\varepsilon_k 2^k + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1} + \dots + \varepsilon_{k+n} 2^{k+n} + \dots, trong đó kk là một số nguyên và mỗi số εk+1,εk+2,…,εk+n,…\varepsilon_{k+1}, \varepsilon_{k+2}, \dots, \varepsilon_{k+n}, \dots bằng 0 hoặc 1, với εk=1\varepsilon_k = 1. Các số εk,εk+1,…\varepsilon_k, \varepsilon_{k+1}, \dots được gọi là chữ số 2 adic của số pq\frac{p}{q}. Không khó để chứng minh rằng mọi số hữu tỷ đều có một và chỉ một phân tích 2 adic.

Bài tập 8. Chứng minh rằng −1=1+2+22+23+⋯+2n+…-1 = 1 + 2 + 2^2 + 2^3 + \dots + 2^n + \dots,

16=2−1+1+22+24+⋯+22n+…\frac{1}{6} = 2^{-1} + 1 + 2^2 + 2^4 + \dots + 2^{2n} + \dots

Theo Bài tập 8, các chữ số 2 adic - 1 tạo thành dãy 1, 1, 1, …, và các chữ số 2 adic của số 16\frac{1}{6} tạo thành dãy 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, … Cả hai dãy thu được đều tuần hoàn. Có thể chứng minh rằng với mọi số hữu tỉ pq\frac{p}{q} thì dãy gồm 2 chữ số adic là tuần hoàn *).

Để làm điều này, hãy xem xét chuỗi số a1,a2,…,an,…a_1, a_2, \dots, a_n, \dots được xác định bởi các đẳng thức pq−εk2k=a1q2k+1,pq−(εk2k+εk+12k+1)=a2q2k+2,…,\frac{p}{q} - \varepsilon_k 2^k = \frac{a_1}{q} 2^{k+1}, \frac{p}{q} - (\varepsilon_k 2^k + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1}) = \frac{a_2}{q} 2^{k+2}, \dots,

pq−(εk2k+εk+12k+1)+εk+12k+1=a2q2k+2,…,\frac{p}{q} - (\varepsilon_k 2^k + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1}) + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1} = \frac{a_2}{q} 2^{k+2}, \dots,

pq−(εk2k+εk+12k+1)+εk+12k+1=a2q2k+2,…,\frac{p}{q} - (\varepsilon_k 2^k + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1}) + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1} = \frac{a_2}{q} 2^{k+2}, \dots,

pq−(εk2k+εk+12k+1)+εk+12k+1=a2q2k+2,…,\frac{p}{q} - (\varepsilon_k 2^k + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1}) + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1} = \frac{a_2}{q} 2^{k+2}, \dots,

Bây giờ hãy lưu ý rằng phép phân tách 2-adic của số pq\frac{p}{q} có thể thu được từ phép phân tách 2-adic của số anq\frac{a_n}{q} bằng cách nhân mỗi số hạng với

*) Theo nghĩa tương tự, một Periodine là một phân số thập phân biểu diễn một số hữu tỉ: một Periodine bắt đầu từ một vị trí nhất định.

30

phần mở rộng cuối cùng thành 2k+n2^{k+n} và thêm εk2k+εk+12k+1+⋯+εk+n−12k+n−1\varepsilon_k 2^k + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1} + \dots + \varepsilon_{k+n-1} 2^{k+n-1} vào tổng kết quả.

Do đó, tính tuần hoàn của dãy εk,εk+1,εk+2,…\varepsilon_k, \varepsilon_{k+1}, \varepsilon_{k+2}, \dots sẽ được thiết lập nếu chúng ta chứng minh rằng trong dãy a1,a2,…,an,…a_1, a_2, \dots, a_n, \dots một số nào đó xuất hiện hai lần. Trên thực tế, dãy a1,a2,…,an,…a_1, a_2, \dots, a_n, \dots bị giới hạn và vì các số hạng của nó là số nguyên nên chắc chắn sẽ có các số bằng nhau trong số chúng. Giới hạn của dãy này được thiết lập bởi chuỗi bất đẳng thức sau:

∣an∣=∣p2k+n∣−(εk2n+εk+12n−1+… )|a_n| = \left| \frac{p}{2^{k+n}} \right| - \left( \frac{\varepsilon_k}{2^n} + \frac{\varepsilon_{k+1}}{2^{n-1}} + \dots \right)

⋯+εk2n−1+⋯+12∣q∣⩽∣p2k+n∣+(12n+12n−1+⋯+12)∣q∣⩽∣p2k+n∣+∣q∣.\dots + \frac{\varepsilon_k}{2^{n-1}} + \dots + \frac{1}{2} \left| q \right| \leqslant \left| \frac{p}{2^{k+n}} \right| + \left( \frac{1}{2^n} + \frac{1}{2^{n-1}} + \dots + \frac{1}{2} \right) \left| q \right| \leqslant \left| \frac{p}{2^{k+n}} \right| + \left| q \right|.

U Pravanice 9. Sử dụng kết quả của Bài tập 7, chứng minh rằng nếu εk,εk+1,εk+2,…\varepsilon_k, \varepsilon_{k+1}, \varepsilon_{k+2}, \dots là một dãy tuần hoàn gồm các chữ số 0 và 1, thì tổng vô hạn εk2k+εk+12k+1+εk+22k+2+…\varepsilon_k 2^k + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1} + \varepsilon_{k+2} 2^{k+2} + \dots là phân tích 2 adic của một số hữu tỷ.

số 2 adic

Ngoài các khai triển tuần hoàn xác định các số hữu tỷ, chúng ta cũng có thể xem xét các khai triển không đạo hàm, coi như chúng xác định một số số mới. Những số này, cùng với các số hữu tỷ, tạo thành tập hợp Q2Q_2, có các phần tử được gọi là số 2 adic.

Các phần tử từ Q2Q_2 có thể được thêm theo cặp và một biến. Đây là cách nó được thực hiện. Hãy để α=εk2k+εk+12k+1+…\alpha = \varepsilon_k 2^k + \varepsilon_{k+1} 2^{k+1} + \dots Chúng ta hãy viết α\alpha như một phân số vô hạn: α=εk…ε0,ε1ε2…\alpha = \varepsilon_k \dots \varepsilon_0, \varepsilon_1 \varepsilon_2 \dots.

Nếu có hai số từ Q2Q_2 được viết theo cách này, thì tổng (sản lượng) của chúng phải được tính theo cách tương tự như tổng (sản lượng) của hai phân số vô hạn, nhưng có phép chuyển từ trái sang phải. (Ví dụ: xem Hình 4.) Chúng tôi không thể đi sâu vào vấn đề này chi tiết hơn và mời người đọc tự kiểm tra xem tổng và tích của các phần tử từ Q2Q_2 lại cho một phần tử từ Q2Q_2 và rằng các phép toán này có các tính chất chung cho phép nhân và phép cộng: chúng thỏa mãn các luật giao hoán, tổ hợp và phân phối.

Mô hình 2-adic và mở rộng đến Q2Q_2:

∑n→∞xn=0, мо существуют\sum_{n \to \infty} x_n = 0, \text{ мо существуют}

lim⁡n→∞∑k=1nxk=0.\lim_{n \to \infty} \sum_{k=1}^{n} x_k = 0.

Pravanica có 13. Chứng minh đủ điều kiện lim⁡n→∞∑k=1nxk=0.\lim_{n \to \infty} \sum_{k=1}^{n} x_k = 0.

  1. Chứng minh rằng tổng 1⋅1!+2⋅2!+⋯+n⋅n!+…1 \cdot 1! + 2 \cdot 2! + \dots + n \cdot n! + \dots được xác định và tìm giá trị của nó.

  2. Chứng minh rằng nếu x∈Q2x \in Q_2 và ∥x∥⩽12\|x\| \leqslant \frac{1}{2} thì tổng x1+x22+⋯+xnn+…\frac{x}{1} + \frac{x^2}{2} + \dots + \frac{x^n}{n} + \dots được xác định.

logarit 2-adic

Cuối cùng, chúng ta sẽ tạo hình dạng tự nhiên hơn cho lời giải bài toán #434*.

Để làm điều này, hãy xem xét hàm L(x)=x1+x22+⋯+xnn+…L(x) = \frac{x}{1} + \frac{x^2}{2} + \dots + \frac{x^n}{n} + \dots được xác định trên tập hợp số 2 adic xx có mô đun tối đa là 12\frac{1}{2} (xem)

*) Để biết điều kiện của bài toán này, hãy xem «Kvant» số 12 cho năm 1977.

31

Với lời giải bài toán М434в chỉ cần chứng minh rằng L(2)=0L(2)=0 là đủ. Hãy giới thiệu một hàm khác bằng công thức log⁡x=−L(1−x)\log x=-L(1-x). Đẳng thức L(2)=0L(2)=0 có nghĩa là log⁡(−1)=0\log(-1)=0. Hàm logarit (được gọi là logarit 2 adicek) có tính chất cơ bản của logarit: log⁡(xy)=log⁡x+log⁡y\log(xy)=\log x+\log y. Từ tính chất này dễ dàng suy ra đẳng thức log⁡(−1)=0\log(-1)=0. Thật vậy, log⁡1=log⁡(1×1)=log⁡1+log⁡1=2log⁡1\log 1=\log(1\times 1)=\log 1+\log 1=2\log 1, từ đâu log⁡1=0\log 1=0. Mặt khác, log⁡1=(log⁡(−1)×(−1))=log⁡(−1)+log⁡(−1)=2log⁡(−1)\log 1=(\log(-1)\times(-1))=\log(-1)+\log(-1)=2\log(-1) và do đó log⁡(−1)=0\log(-1)=0. Logarit 2 adicec trong tập số 2 adicec đóng vai trò giống như logarit thường trong tập số thực. Logarit 2-adicec xác định những số xx mà ∥x∥=1\|x\|=1, vì trong trường hợp này là ∥1−x∥⩽12\|1-x\| \leqslant \frac{1}{2}. (Đặc biệt, chúng tôi xác định log⁡(−1)\log(-1).) Đẳng thức mà lời giải dựa trên bài toán M434 trong «Kvant», trong giới hạn vì nn tiến tới vô cùng, có dạng L(2x−x2)−2L(x)=0L(2x-x^2)-2L(x)=0. Sự đẳng thức này cũng là hệ quả của tính chất cơ bản của logarit. Thật vậy, L(2x−x2)=−log⁡(1−x)2=−2log⁡(1−x)=2L(x)L(2x-x^2)=-\log(1-x)^2=-2\log(1-x)=2L(x).

Bạn có thể làm quen với việc chứng minh tính chất chính của logarit 2 adicec và một số tính chất khác của số 2 adicec trong cuốn 3. I. Borevich và I. R. Shafarvich “Lý thuyết số”. Ngoài logarit, còn có các hàm tuyệt vời khác của biến 2 adice. Tuy nhiên, một trong những hàm này là hàm mũ - hàm được xác định bởi đẳng thức

exp⁡x=1+x+x22+⋯+xnn!+…\exp x=1+x+\frac{x^2}{2}+\dots+\frac{x^n}{n!}+\dots

Bài tập 16. Chứng minh rằng hàm mũ được xác định trên tập hợp các số có 2 vị trí xx thỏa mãn điều kiện tương tự như tính chất hàm mũ: exp⁡(x+y)=exp⁡x⋅exp⁡y\exp(x+y)=\exp x\cdot\exp y, exp⁡(log⁡x)=x\exp(\log x)=x, log⁡(exp⁡x)=x\log(\exp x)=x. (Những đẳng thức này hợp lệ đối với các giá trị của các biến mà chúng được xác định.)

Giống như việc xem xét 2-adiceco đã được xác định, việc sử dụng số nguyên tố tùy ý pp người ta có thể xác định việc xem xét pp-adicece. Hóa ra là tất cả các cân nhắc giữa các số khác nhau đều tương đương với cân nhắc tổng quát hoặc một trong các cân nhắc pp-Adicek. Nhưng đây là một chủ đề cho một câu chuyện khác.

Ứng dụng

Tất cả những gì chúng ta phải làm là chứng minh sự tồn tại của một tam giác có các đỉnh đủ ba màu. Hãy để chúng tôi xây dựng và chứng minh một tuyên bố tổng quát hơn:

Chia hình vuông OABC thành nhiều hình tam giác. Giả sử rằng các hình tam giác ở giữa được chia thành một hình có các đỉnh có cả ba màu, tức là trong mỗi hình tam giác được chia có hai đỉnh cùng màu. Vì mỗi liên kết nằm trên đường viền của hình vuông OABC nằm trên cạnh của một tam giác chia và mỗi liên kết nằm trên cạnh của hai tam giác chia, nên từ thực tế là mỗi tam giác chia có hai đỉnh cùng màu, suy ra rằng có một số chẵn liên kết loại 3K trên đường viền của hình vuông. Mặt khác, trên đoạn OC và BC không có liên kết nào như vậy, trên đoạn OA có số liên kết chẵn. Một sự mâu thuẫn đã thu được.