Fracciones continuas y ecuaciones diofánticas · Definición
Fracción continua
Antes de empezar necesitas conocer
Las fracciones continuas representan números racionales e irracionales mediante una secuencia de enteros. Están estrechamente ligadas al algoritmo de Euclides.
Definición
Una fracción continua es una expresión de la forma a₀ + 1/(a₁ + 1/(a₂ + ...)), donde a₀ es un entero y los demás términos aᵢ son enteros positivos.
Todo número racional \( p/q \) admite una representación finita como fracción continua, que se obtiene aplicando el algoritmo de Euclides a \( p \) y \( q \) y tomando los cocientes como términos \( a_i \). Las convergentes \( p_n/q_n \) cumplen las recurrencias \( p_n = a_n p_{n-1} + p_{n-2} \) y \( q_n = a_n q_{n-1} + q_{n-2} \), y se alternan alrededor del valor exacto. Los números irracionales tienen desarrollos infinitos, y los cuadráticos (raíces irracionales de polinomios de grado 2 con coeficientes enteros) son exactamente los de desarrollo periódico.
Para \( 415/93 \) el algoritmo de Euclides da cocientes 4, 2, 6, 7, de modo que \( 415/93 = [4; 2, 6, 7] \). Calculando las convergentes con las recurrencias se obtienen \( 4/1, 9/2, 58/13, 415/93 \), y la última coincide con el valor original. Así la fracción continua recupera exactamente el racional de partida.
Un error frecuente es olvidar que el último cociente del algoritmo de Euclides puede tomarse como \( a_n \) o escribirse como \( a_n - 1 \) seguido de un 1, lo que da dos representaciones distintas del mismo número. Otro error habitual es invertir el orden de los términos al construir la expresión desde el final hacia el principio.
Para pensar
¿Por qué las convergentes de índice par quedan por debajo del valor de \( x \)?
Porque se alternan alrededor de \( x \): las de índice par son menores y las de índice impar son mayores.
Ejercicios 10
- ¿Cuál es el término \( a_0 \) de la fracción continua de \( 415/93 \)?
- ¿Cuál es el valor del racional \( [2; 3] \)?
- ¿Cuántos términos tiene la fracción continua de \( 415/93 \) según el algoritmo de Euclides?
- ¿Qué racional representa la fracción continua \( [1; 1] \)?
- ¿Cuál es el término \( a_1 \) de la fracción continua de \( 415/93 \)?
- Calcula la convergente \( p_1/q_1 \) de la fracción continua \( [4; 2, 6, 7] \).
- Calcula la convergente \( p_2/q_2 \) de la fracción continua \( [4; 2, 6, 7] \).
- ¿Cuál es el valor de \( [0; 1, 2] \)?
- Escribe la fracción continua de \( 27/11 \) con el algoritmo de Euclides.
- Sea \( x = [1; 2, 2, 2] \). Calcula \( x \) como racional y comprueba que la convergente \( p_2/q_2 \) lo aproxima por defecto.
Después de esto
Referencias
- David M. Burton, Elementary Number Theory, 7th edition, McGraw-Hill, 2011. cap. 15
- Ivan Niven, Herbert S. Zuckerman, Hugh L. Montgomery, An Introduction to the Theory of Numbers, 5th edition, Wiley, 1991. cap. 7