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高中三角函数 tan(n)>n 的神奇性质,与圆周率π的深刻联系

更新时间:2024-07-22 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

我们在小学、中学就接触过三角函数,其实在高中阶段,我们对三角函数初等性质的学习就比较深入,有的人可能会觉得所有关于三角函数的问题都处于中学水平。j0y物理好资源网(原物理ok网)

其实很多看似很简单很初等的三角问题其实非常难,有的甚至是全人类至今都未解的,比如今天我们来介绍一道关于正切函数tan的问题。j0y物理好资源网(原物理ok网)

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问题:是否存在无数个自然数 n 满足不等式 tan(n) > n?j0y物理好资源网(原物理ok网)

其实,如果你经常做自然数与三角函数组合的题目,你会觉得,很多时候,你不是在研究题目本身,而是在研究圆周率的性质。这道题也不例外。或许,研究这个不等式,能让我们更深入地理解这个神奇的无理数?j0y物理好资源网(原物理ok网)

如果我们编程的话,会发现满足 tan(n) > n 的自然数似乎非常非常少见。多大数学的编辑用简单的蛮力循环计算发现,100 亿个数字中只有 6 个满足这个不等式。它们是:1,,,,,,,,而且这些数字似乎越来越大。j0y物理好资源网(原物理ok网)

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对于范围(1,)内的 n:j0y物理好资源网(原物理ok网)

如果 (math.tan(n) > n):j0y物理好资源网(原物理ok网)

打印(n,“ “,math.tan(n))j0y物理好资源网(原物理ok网)

事实上,著名的序列收集网站OEIS列出了16个满足这个不等式的数字(序列号)。它们是:j0y物理好资源网(原物理ok网)

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关于这个不等式我们能找到的最新研究成果是2014年三人合作发表的一篇4页的文章(见~//tan_n.pdf)。在文章中他们证明了有无穷多个自然数满足不等式|tan(n)| > n和tan(n) > n/4。这篇文章难度不大,用到的定理也不算太深奥中学习题网留学之路,相当一部分大二以上的本科生应该都能看懂文章的方法。其实这些人在1999年也曾在《美国数学月刊》上发表过关于这个问题的一些成果。这本杂志对发表内容的水平要求不高,愿意发表一些比较简单的数学结果。j0y物理好资源网(原物理ok网)

目前的情况是,为了解决这个问题,似乎我们需要找到 n/π 的小数部分和一些“表现良好”的 1/2 近似值,例如 60515/π = 82924....,/π= . 等。此外,基于大多数人对 π 小数的“随机性”直觉,我们可以猜测,不仅应该有无数个自然数 n 满足 tan(n) > n,而且即使对于任意自然数 k,也应该有无数个自然数 n 满足 tan(n) > kn。j0y物理好资源网(原物理ok网)

这类题目不算太深奥,但比较简单(至少从目前的深度来看),普通人只要读过高中就能看懂。真的非常适合普通数学爱好者去做,如果有什么进展中学习题网,那将是全人类完成的第一个“创新”(哈哈……哈哈),到时候你就有出头之日了。j0y物理好资源网(原物理ok网)

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