Аликвотные дроби
Происхождение аликвотных дробей.
Тема «Аликвотные дроби» является интересной темой для исследования дробей. Столкнувшись с этим термином впервые, понимаешь, почему в Древнем Египте математики «настоящими» дробями считали только аликвотные дроби.
Итак, Египтяне все дроби записывали как суммы долей, то есть дробей вида 1/n. Например: 8/15=1/3+1/5. Дроби 1/n ( где n — натуральные число ), которым египтяне отдавали предпочтение, в современной математике именуются аликвотными ( от латинского aliguot- » несколько»). То есть аликвотными дробями называются дроби с числителем 1. И даже сами аликвотные дроби они часто стремились представить в виде суммы меньших аликвотных дробей. Например,
1/2=1/3+1/6, 1/4=1/5+1/20
Египтяне ставили иероглиф «Глаз Хора»
Такие дроби использовались вместе с другими формами записи египетских дробей для того, чтобы поделить «хекат», основную меру объёма в Древнем Египте, т.е.аликвотные дроби нужны были египтянам в практических целях.
Рассмотрим такую задачу: ,,Разделить 7 хлебов между 8 людьми.,, Если разрезать каждый хлеб на 8 частей, придется провести 49 разрезов. А по-египетски эта задача решалась так: 7/8= 1/2 +1/4 +1/8. Значит, каждому человеку дать полхлеба, четверть хлеба и восьмушку хлеба. Придется сделать почти в три раза меньше разрезов.
Египетские дроби продолжались использоваться в древней Греции и впоследствии математиками всего мира до средних веков, несмотря на имеющиеся к ним замечания древних математиков . К примеру, Клавдий Птолемей говорил о неудобстве использования египетских дробей по сравнению с Вавилонской системой(позиционная система исчисления)
Важную работу по исследованию египетских дробей провёл математик XIII века Фибоначчи в своём труде «Liber Abaci» — это
вычисления, использующие десятичные и обычные дроби, вытеснившие со временем египетские дроби. Фибоначчи использовал сложную запись дробей, включавшую запись чисел со смешанным основанием и запись в виде сумм дробей, часто использовались и египетские дроби. Также в книге были приведены алгоритмы перевода из обычных дробей в египетские.
Основные операции над аликвотными дробями
Чтобы представить какое либо число в виде суммы аликвотных дробей, порой приходится проявлять, незаурядную изобретательность. Скажем, число 2/43 выражается так: 2/43= 1/42 +1/86 +1/129 +1/301.Производить арифметические действия над числами, раскладывая их в сумму долей единицы, очень неудобно.
Поэтому в процессе решения задач для разложения аликвотных дробей в виде суммы меньших аликвотных дробей возникла идея систематизировать разложение дробей в виде формулы. Эта формула действует, если требуется разложение аликвотной дроби на две аликвотные дроби.
Формула выглядит следующим образом:
1/n=(1/(n+1)) +(1/n*(n+1))
Примеры разложения дробей:
1/3=1/(3+1)+1/3*(3+1)=1/4 +1/12;
1/5=1/(5+1)+1/5*(5+1)=1/6 +1/30;
1/8=1/(8+1)+1/8*(8+1)=1/9+ 1/72.
Но если преобразовать нашу формулу, то получим следующее полезное равенство:
1/(n*(n+1))=1/n -1/(n+1)
1/6=1/(2*3)=1/2 -1/3
½=1/(1*2)=1/1 -1/2
Т.е. аликвотную дробь можно представить разностью двух аликвотных дробей, или разность двух аликвотных, знаменателями которых являются последовательные числа равна их произведению.
Вернемся к формуле и докажем это равенство:
1/n=(1/(n+1)) +(1/n*(n+1))
(1/(n+1)) +(1/n*(n+1)) , приведя дроби к общему знаменателю, получаем:
( n+1 )/((n+1)*n) после сокращения получаем:
1/n.
Итак, получается, что 1/n=1/n. Наша формула верна.
Но мы пойдем дальше, и на основании разности аликвотных дробей решим, на первый взгляд, трудноразрешимую для обычного человека задачу:
1/2+1/(2*3)+1/(3*4)+1/(4*5)+…….+1/(19*20) =????
Воспользуемся нашей формулой для разложения аликвотной дроби в виде разности:
½=1/(1*2)=1/1 -1/2
1/6=1/(2*3)=1/2-1/3
1/12=1/(3*4)=1/3-1/4
1/20=1/(4*5)=1/4-1/5 и т.д.
Подставив, уже разложенные выражения в наш пример, получаем:
1/1-1/2+1/2-1/3+1/3-1/4+1/4-1/5……..+1/19-1/19-1/20=1/1-1/20=19/20.
Мы представили формулу, как удобство при разложении аликвотной дроби на 2 слагаемых. При разложении 1 на два слагаемых получается:
1=1/2+1/2 (Наша формула действует!). Чтобы разложить 1 на 3 слагаемых, мы возьмем одну аликвотную дробь и по формуле разложим ее еще на две аликвотные дроби:
½=1/3+1/6 =½=1/3+1/6 => 1=1/2+1/3+1/6;
Чтобы разделить на 4 слагаемых, делим еще одну дробь на две аликвотные дроби:
1/3=1/4+1/12 => 1=1/2+1/4+1/12+1/6;
На 5 слагаемых: 1/6=1/7+1/42 => 1=1/2+1/4+1/12+1/7+1/42.
Решение задач из учебника
Задача. Представить число 1 в виде сумм различных аликвотных дробей
А) трех слагаемых
1=1/2+1/2=1/2+(1/3+1/6)=1/2+1/3+1/6
Б) четырех слагаемых
1=1/2+1/2=1/2+(1/3+1/6)=1/2+1/3+1/6=1/2+1/3+(1/7+1/42)= 1/2+1/3+1/7+1/42
B) 5-и слагаемых
1=1/2+1/2=1/2+(1/3+1/6)=1/2+1/3+1/6=1/2+1/3+(1/7+1/42)=
1/2+1/3+1/7+1/42=1/2+(1/4+1/12) +1/7+1/42=
1/2+1/4+1/12 +1/7+1/42
Задача. Митя обнаружил, что 1/n часть класса написала работу лучше него, а 1/(n-1) часть класса – хуже него. Сколько учеников в классе?
Если 1/n написало лучше, а 1/(n-1) хуже. В идеале никто не написал работу также как и он, но с таким же результатом могло быть и большее количество учеников.
За нескольких сказать ничего не могу, а за одного: Мы можем взять число всех учеников классе за 1. И тогда получается что мы должны разложить число 1 на 3-и аликвотные дроби.
1=1/n+1/(n-1)+1/x
1/x=1/n*(n-1) тогда получается что в классе n*(n-1) учеников.
1=1/(n-1)+1/n+1/(n*(n-1))
Методом подбора мы видим что 1 раскладывается на аликвотные дроби только следующим образом :
1=1/2+1/2=1/2+1/3+1/6 во всех других случаях мы не сможем получить из суммы других аликвотных дробей 1.
Так что, в случае , если он один написал работу с таким результатом, можно утверждать, что в классе 6 человек.
А если таких учеников было несколько, то задача имеет множество решений.
1/x=(n*(n-1)-n –n+1)/(n*(n-1))
Решение олимпиадных задач
Задача. Найди сумму
1/(10*11)+1/(11*12)+…+1/(98*99)+1/(99*100)=?
Чтобы найти решение данной задачи необходимо найти сумму
1/(1*2)+1/(2*3)+…+1/(98*99)+1/(99*100)=99/100
И вычесть из нее сумму
1/(1*2)+1/(2*3)+…+1/(8*9)+1/(9*10)=9/10
99/100-9/10=(99-90)/100=9/100=0.09
Задача. Найти сумму
½+1/6+1/12+1/20+1/30+1/42+1/56+1/72+1/90=
1, b) 10/11, c) 4/5, d) 8/9, e) 9/10
1/(1*2)+1/(2*3)+1/(3*4)+1/(5*6)+1/(6*7)+1/(7*8)+1/(8*9)+1/(9*10) =9/10
Ответ e)
Задача. Чтобы узнать в каком году в Казани проводилась Универсиада нужно сумму аликвотных дробей
1/(1*2)+1/(2*3)+1/(3*4)+…+1/(2013*2014) умножить на год проведения зимних олимпийских игр в городе Сочи.
Решение :
1/(1*2)+1/(2*3)+1/(3*4)+…+1/(2013*2014)=2013/2014
2013/2014 * 2014 = 2013
Ответ : в 2013 году.