Кіріспе

Сандар теориясында Карл Стормердің есімімен аталған Стормер теоремасы, белгілі бір тегіс сан дәрежесі үшін, бірінен соң бірі келетін тегіс сандар жұптарының санына шектеу қояды және Пелл теңдеулерін пайдаланып, мұндай барлық жұптарды табу әдісін ұсынады. Тью-Сигель-Рот теоремасынан осы типтегі жұптардың саны шекті екендігі белгілі, бірақ Стормер олардың бәрін табу процедурасын берді.

Процедура

Стормердің бастапқы әдісі шамамен 3 мың Пелл теңдеулерінің жиынтығын шешуді қамтиды, әрқайсысында ең кішкентай шешімді ғана табу керек. Д. Х. Лемердің ұсынған қарапайымдалған әдісі төменде сипатталған; ол азырақ теңдеулерді шешеді, бірақ әр теңдеуде көбірек шешімдерді табады. P – берілген жай сандар жиыны болсын, және егер оның барлық жай көбейткіштері P жиынына жатса, онда сол сан P-тегіс деп аталады. p1 = 2 деп қабылдаңыз; әйтпесе P-тегіс сандар қатарынан келмейді, себебі барлық P-тегіс сандар тақ болады. Лемердің әдісі 2-ден басқа әрбір P-тегіс, квадрат түбірден бос сан q үшін Пелл теңдеуін шешуді қамтиды. Мұндай әрбір q саны P жиынының ішкі жиынының көбейтіндісі ретінде жасалады, сондықтан 2k - 1 Пелл теңдеуін шешу қажет. Әрбір мұндай теңдеу үшін, i үшін 1-ден max(3, (pk + 1) / 2) (қоса алғанда) аралығында, xi, yi шешімдері жасалады, мұнда pk – P жиынындағы ең үлкен жай сан. Содан кейін, Лемер көрсеткендей, P-тегіс сандардың барлық қатарынан келген жұптары (xi - 1) / 2, (xi + 1) / 2 түрінде болады. Осылайша, мұндай жұптарды осы формадағы сандарды P-тегістігіне тексеру арқылы табуға болады.

Мысал

{2,3,5} тегіс сандарының он тізбекті жұптарын табу үшін (музыка теориясында, жай ғана келісімділік үшін супербұрындық қатынастарды беру) P = {2,3,5} деп белгілейік. P тегіс квадратсыз саны q (сегізінші P тегіс квадратсыз саны, 2): 1, 3, 5, 6, 10, 15 және 30, олардың әрқайсысы Пелл теңдеуіне әкеледі. Леммер әдісімен қажетті Пелл теңдеуінің шешімдерінің саны max(3, (5 + 1) / 2) = 3, сондықтан бұл әдіс әр Пелл теңдеуінің үш шешімін береді, келесідей. q = 1 үшін Пелл теңдеуінің алғашқы үш шешімі x² − 2y² = 1 (3,2), (17,12) және (99,70) болып табылады. Осылайша, әр үш мән үшін xi = 3, 17 және 99, Леммер әдісі (xi − 1) / 2, (xi + 1) / 2 жұптарын тегіс болуына тексеріп қарастырады; тексерілетін үш жұп (1,2), (8,9) және (49,50). (1,2) және (8,9) екеуі де тізбекті P тегіс сандардың жұптары, бірақ (49,50) емес, өйткені 49-дың жай көбейткіші 7. q = 3 үшін Пелл теңдеуінің алғашқы үш шешімі x² − 6y² = 1 (5,2), (49,20) және (485,198) болып табылады. Үш мәннен xi = 5, 49 және 485 Леммер әдісі үш үміткер жұпты тізбекті сандарды (xi − 1) / 2, (xi + 1) / 2: (2,3), (24, 25) және (242, 243) құрайды. Олардың ішінде (2,3) және (24,25) – тізбекті P тегіс сандардың жұптары, ал (242,243) – емес. q = 5 үшін Пелл теңдеуінің x² − 10y² = 1 бірінші үш шешімі (19,6), (721,228) және (27379,8658) болып табылады. Пелл шешімі (19,6) Р тізбекті тегіс сандардың жұбына (9,10) әкеледі; Пелл теңдеуінің басқа екі шешімі Р тегіс жұптарға әкелмейді. q = 6 үшін Пелл теңдеуінің алғашқы үш шешімі x² − 12y² = 1 (7,2), (97,28) және (1351,390) болып табылады. Пелл шешімі (7,2) тізбекті P тегіс сандардың жұбына (3,4) әкеледі. q = 10 үшін Пелл теңдеуінің x² − 20y² = 1 бірінші үш шешімі (9,2), (161,36) және (2889,646) болып табылады. Пелл шешімі (9,2) тізбекті P тегіс сандарының жұбын (4,5) және Пелл шешімі (161,36) тізбекті P тегіс сандарының жұбын (80,81) береді. q = 15 үшін Пелл теңдеуінің алғашқы үш шешімі x² − 30y² = 1 (11,2), (241,44) және (5291,966) болып табылады. Пелл шешімі (11,2) тізбектей келетін P тегіс сандардың жұбына (5,6) әкеледі. q = 30 үшін Пелл теңдеуінің алғашқы үш шешімі x² − 60y² = 1 (31,4), (1921,248) және (119071,15372) болып табылады. Пелл шешімі (31,4) тізбекті P тегіс сандар жұбын (15,16) береді.

Жалпылау және қолдану

Луи Морделл бұл нәтиже туралы "өте әдемі, және оның көптеген қолданыс-аялары бар" деп жазды.

Музыка теориясында

Тек интонацияның музыкалық тәжірибесінде музыкалық интервалдарды оң бүтін сандар арасындағы қатынастар ретінде сипаттауға болады. Нақтырақ айтқанда, оларды гармониялық қатар мүшелерінің арасындағы қатынастар ретінде сипаттауға болады. Кез келген музыкалық дыбысты оның негізгі жиілігі мен гармоникалық жиіліктерге бөлуге болады, ал гармоникалық жиіліктер негізгі жиіліктің бүтін санға еселенген шамасы болып табылады. Осы қатар табиғи үйлесім мен мелодияның негізі деп есептеледі. Бұл гармоникалар арасындағы қатынастардың тональдық күрделілігі жоғары жайқы сандармен күрделене түседі. Осы тональдық күрделілікті шектеу үшін, егер интервалдың алымы мен бөлімі n-ге дейін ыдырайтын сандардан тұрса, онда ол n-шегі деп аталады. Сонымен қатар, суперпартиялық қатынастар таза настройка теориясында маңызды рөл атқарады, себебі олар гармониялық қатардың жақын мүшелері арасындағы қатынастарды көрсетеді. Стормер теоремасы берілген шектегі барлық мүмкін суперпартиялық қатынастарды табуға мүмкіндік береді. Мысалы, 3-шегінде (пифагорлық настройкада) мүмкін болатын суперпартиялық қатынастар: 2/1 (октава), 3/2 (таза квинта), 4/3 (таза кварта) және 9/8 (толық тон). Яғни, жақын орналасқан екі бүтін санның жайқы сандарға жіктелімінде тек 2 және 3-тің дәрежелері ғана болатын жұптар – (1,2), (2,3), (3,4) және (8,9). Егер бұл 5-шегіне дейін кеңейтілсе, тағы алты суперпартиялық қатынас пайда болады: 5/4 (мажорлық треті), 6/5 (минорлық треті), 10/9 (минорлық тон), 16/15 (минорлық секунда), 25/24 (минорлық септима) және 81/80 (синтоникалық кома). Олардың барлығы музыкалық мағынаға ие.