あゆみ(歩).......

 還って来た、とりつくし法の未来(3) 

 グレゴリーπ公式と、ワイリス望遠鏡。
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還って来た、とりつくし法の未来
(1)
何等分でもできる線分と、分数の概念  2008. 1. 9.
(2)グレゴリーπ公式と、分数の〔かたち〕 2008. 2.13.
(3)グレゴリーπ公式と、ワイリス望遠鏡
(4)九章算術方田章に同居する分数の概念
(5)九章算術方田(原文と勝手な解釈)
(6)円のふるえを〔分数のかたち〕で測ってみよう
(7)
天才ライプニッツと一反木綿()と分数の概念 ☆(古事記拾い読み)
(8)球葱と帆立貝とライプニッツの円積率公式
.(9)曲りなりにもパラボラの面積は見ればわかる ☆
(10)方、以類聚物、以群分数。
  目方(めかた) 九章算術に始まる分数の概念 ☆ 

 グレゴリーπ公式の右辺は、〔円のひろさ〕にまったく等しいものになる。
 そのへんの心証がなかなか得られなくて困っていたところに、ワイリスの公式という強い味方が現れたので助かりました。続編(
グレゴリーπ公式と、分数の〔かたち〕)も、彼を後ろ盾にして、ようやくリリースすることが出来ました。

 (分数たちを狭い部屋に押し詰めて)窮屈な思いをさせて、罰が当りはしないか。
 私としては、それだけが心配で、回を重ねるにつれて分数の〔かたち〕がどのように変化してゆくということまでは考えていなかったのですが、絵を描いてみると、(当初から検討課題としていた)円の面積の振り分けはそっちのけにして、そこのところに眼を奪われます。正方形の左胸の1個所ががいまや最大の注目点です。
 差の〔かたち〕が細長くなり、縮み幅が小さくなる5回目頃には、単位分数の〔かたち〕の縦横比もだんだん固まってきて、あげくの果てに〔∞分の1〕には1個の長方形のかたちに収まることが予想されます。また、その〔∞分の1〕の縦横比は、円の面積の振り分けに対して、(原因とさえ思われるような)大きな影響を与えていることが、これまでの経過からして、なんとなく推察されます。それでも、極端に小さなそのすがたは、この絵にはとても描ききれないので、その存在を点で示すのみです。

 しかし、捨てる神あれば、拾う神あり。そのすがたを大きく描く方法が、ワイリスの公式に、記されていました。

...2,2,4,4,6,6,........π
――――――――――=――
...1,3,3,5,5,7,.........2

 これは、〔∞分の1〕のすがたを拡大して見る望遠鏡です。(グレゴリーも望遠鏡を考案したけれども、それは反射望遠鏡で、見るものが違いました。)
 この式の意味は、紙を折り畳みながら計算すると、楽に理解できます。嘘だと思ったら紙を折り畳んで折ってみてください。

 手頃な広さの紙を、長方形(横1、縦2)のかたちに、切り取ります。
T@ この紙をまた半分に折って、折り目を上にして背中合わせに閉じます。
  正方形(横1、縦1)のかたち。
 (ここがグレゴリー式を展開する部屋になります。)

TA 閉じた紙面を再度開いて、ひろげます。
  長方形(横1、縦2)・・・・・・・〔2分の1〕(横1/2、縦1)
(正方形の横の長さを〔/〕に縮めたものと、正方形の縦の長さを〔2〕倍に伸ばしたものとは、縦横比が一致して相似形をなす。これは紛れもない事実。)
TB 縦の長さを3等分するように3面に折る。その1面を閉じる。
  長方形(横1、縦1.333...)・・・・・・・〔3分の1〕(横1/2、縦2/3)
TC 縦の長さを3等分する折り目をつけておいて、閉じた紙面を開いて1面ぶんの幅を加えて、残りを折り閉じる。
  長方形(横1、縦1.777...)・・・・・・・〔4分の1〕(横3/8、縦2/3)
(長方形の横の長さを〔/〕に縮めたものと、相似した長方形の縦の長さを〔/〕倍に伸ばしたものとは、縦横比が一致して相似形をなす。)
 
これで1回りしました。2回り目、3回り目の結果はつぎのとおりです。

(横1) UA 縦1.7066... UC 縦1.6718... VA 縦1.6511... VC 縦1.6375...
(横縦)(15/48, 8/15)(105/384, 48/105)(945/3840, 384/945)(10395/46087, 3840/10395

(横1) U@ 縦1.4222... UB 縦1.4628... V@ 縦1.4860... VB 縦1.5010...
(横縦) (3/8, 8/15) (15/48, 48/105) (105/384, 384/945) (945/3840, 3840/10395

 つまり、交互に伸び縮みする紙の折り畳みが、単位分数の序列にしたがって、継ぎ継ぎにおこなわれるとき、
 分母が偶数の長方形(横1)たちは、高い背丈(2)を徐々に低くしてゆく。これは、遠い未来の果てにある〔円の半周(直径1)〕という背丈に向かっているようです。
 分母が奇数の長方形(横1)たちは、低い背丈(1)を徐々に高くしてゆく。同じく「円周の半分」という背丈に向かっているようです。
 ところで、長方形の折り畳みと、分数差による円積の振り分けは、別個の行為としてあることは、前者が面積の内訳を示しえないことからも、明らかです。そこで、まず前者において、「ワイルス式の左辺は〔円の半周〕に等しい」ことを明らかにしておきたいと思います。つぎに後者に移り、「グレゴリー式の右辺は〔円のひろさ〕に等しい」ことを明らかにするつもりです。
 これで循環論の蟻地獄から脱け出せそうです。

ワイルス式の左辺は〔円の半周〕に等しい

 折り畳み長方形の縦2辺の直線分は、(横1により)距離1をおいて平行している。
 長方形の縦2辺が永遠の目標とする長さのもとは、どうも直線形ではないようなので、仮に1本の輪をなした曲線形だとすると、縦2辺に等しく分け与えるために、それは真ん中で割って2等分できる対照的な図形であって欲しい。
 また、縦2辺が憧れている長さは、曲線形においても縦2辺をなすものだとすれば、平行線間の距離のかわりに、点と曲線の距離が一定に保たれていることが考えられます。これには中心点を通る距離(直径)がどこでも等しい円周が望ましい。
 また、長方形の横2辺が既に実現している長さは、曲線形において横2辺をなすものだとすれば、それは直径だと考えられます。その直径は1であり、長方形の横1を永遠に変わらないものにしています。
 〔1/〕に接近したワイルス式は、その縦横比を観測します。結果は〔円の半周〕と〔直径〕の比を示している。ただ憧れを知るもののみが、私の悩みを知る。

グレゴリー式の右辺は〔円のひろさ〕に等しい

 春@と夏Aの面積は拾い、秋Bと冬Cの面積は捨てる。

 1年に四季があることに例えるなら、グレゴリー式の面積取り尽くしは、年々歳々同じことを繰り返してゆくだけです。
 正方形の部屋を何回も回って面積の大半を取り尽したとき、2個の直角三角形が抱き合って長方形をなしている〔かたち〕が見えてきましたが、この〔かたち〕の判定は極限に到達するまで待ち、ワイルス式が観測した〔1/〕の縦横比に準拠して、〔かたち〕を描くことにしました。

 赤く塗り分けられた部分は、春@と夏Aの面積の実態であり、グレゴリー式に述べられた〔単位分数差〕に直接対応しています。しかし、塗り分け作業を途中で放棄しているくらいなので、これらを拾い集めて単純なかたちを構成することは不可能です。「掃いているところではなくて、散らかしているところだ」と思って、眺めるだけにします。

(正方形の隣接2辺に縁して)何を散らかしているのか?
 それを思えば、すべての端切れを合せたものが、直角三角形(底辺1、直辺π/2)になるのは当り前です。それは、折り畳み長方形を(対角線で切って)半分にした、直径1の円に等しいかたちでした。したがって、
 グレゴリー式の右辺は〔円のひろさ〕に等しい。

 (6)
  円のふるえを〔分数のかたち〕で測ってみよう2009.2.1.18New
   このページの続編というか、残念なところを捲土重来して巻き直したページです。

 

 

   

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    あゆみ(歩)

〔あとがき〕 2009.1.5.

ワイリスの公式

...2,2,4,4,6,6,........π
――――――――――=――
...1,3,3,5,5,7,.........2

 この式の分子列(2,2,4,4,6,6,....)を見なおして、分子列 2,(3-1),(3+1),(5-1),(5+1),(7-1),(7+1),....
 このように見て、式全体をで割ると、奇数だけで表された式にかわります。
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 π (3-1)(3+1) (5-1)(5+1) (7-1)(7+1) (9-1)(9+1) (11-1)(11+1) (13-1)(13+1)
―― = ――――― ・ ――――― ・ ――――― ・ ――――― ・ ―――――― ・ ―――――― ・ ・・・・・
 4      3,3      5,5      7,7      9,9      11,11      13,13

 なお、(3-1)(3+1)=〔3・3-1〕 により、

 π   3,3-1   5,5-1   7,7-1   9,9-1   11,11-1   13,13-1
―― = ―――― ・ ―――― ・ ―――― ・ ―――― ・ ――――― ・ ――――― ・ ・・・・・
 4      3,3      5,5      7,7      9,9      11,11      13,13

 さらに、各項を(1)と(単位分数の積)に分解して表すと、

 π          1          1          1          1          1         1
―― = (1- ――) (1- ――) (1- ――) (1- ――) (1- ――) ・ (1- ――) ・・・・・
 4         3,3         5,5         7,7         9,9        11,11      13,13

 ですが、(式が長くなると)三段重ねの分数は表現が難しくなります。ホームページ独自の工夫で、扱いやすくしないといけないので、
 これからは、1/3 → 3 を凡例にして、つぎのように表すことにします。

 π/4= (1-3,3)・(1-5,5)・(1-7,7)・(1-9,9)・(1-11,11)・(1-13,13)・・・・・・

 思い切って、単位分数を1個の文字(数字)で表現したので、数式が簡素になりました。(私の頭も急に軽くなったみたいです。)

 (1-3,3) 

 (1-3,3)(1-5,5)

 (1-3,3-5,5+3,3,5,5)(1-7,7)

 (1 -3,3-5,5-7,7 +3,3,5,5+3,3,7,7+5,5,7,7 -3,3,5,5,77)(1-9,9)

 (1 -3,3-5,5-7,7-9,9 +3,3,5,5+3,3,7,7+3,3,9,9+5,5,7,7+5,5,9,9+7,7,9,9 -3,3,5,5,77-3,3,5,5,9,9-3,3,7,7,9,9-5,5,7,7,9,9 +3,3,5,5,77,9,9)(1-11,11)

 こうして地道に括弧を開いてゆくと、掛算・割算だったものが、足し算・引き算の様相に変わります。そうしたところで、グレゴリー式の内容との一致を確かめることはひとつの夢です。しかし、ここでは、今ある式のかたちをそのままに見て、ワイルス式の未来をぼんやりと想像することにします。

 π/4= (1-3,3)・(1-5,5)・(1-7,7)・(1-9,9)・(1-11,11)・(1-13,13)・・・・・・

 (1-3,3)が始まりで、(1-3,3=8・3,3) がそのなりゆきですが、直角三角形の3辺に当てはめてみると、

)は、斜辺の冪1です。また、この辺の長さ 1 です。
3,3)は、立辺の冪 3,3 です。辺の長さは 3 です。
8・3,3))は、底辺の冪 8・3,3 になります。
したがって、底辺の長さは 2√2・3 になります。

 つぎは、(1-5,5=24・3,3) ですが、掛け算になるので、立辺の長さは、前者の底辺(2√2・3の 5分の1 になります。
 (1-7,7=48・3,3) 以降も同様に描いてゆきます。
 ただし、左の図の場合、前者の底辺(後者の斜辺)を直径とする円と、後者の立辺を半径とする円の交点を求めて、三角形の直角を確保しています。

 (1-49,49=2400・49,49) まで描いて、中心角が90度を超えて新たな1歩を踏み出した。これを見届けて、作図を打ち切ります。底辺の長さは 0.89066 です。

 もしこの先を描き続けたら究極にはどうなるのか?
 ここまで描いたおかげで、
 未来の様子はおおよそ想像がつきます。

 この作業は終わること無く永遠にい。しかるに、その材料たる冪は有限である。
 その材料は最初に内蔵していた絹のみ(補給は無い)という条件において、カイコは永遠に絹糸を分泌し続ける。
 これは私の想像を絶することだったので、心覚えに書いておきますと、「蚕の身体が小さくなってゆけば、材料は常に満たされている。」