関数・級数 と グラフ・図 形

H・24・8  Up   s - 44

   関 数 ・ 級 数 を グラフ ・ 図 形 化 してみると 直 間 的 で 理 解 しやすい。


★  級 数  √n ; √2  √3  √4  √5  √6  √7  √8  √9  √10


       √1 〓 1.000                 √6 〓 2.449   浪人よ良く

       √2 〓 1.414  一夜一夜        √7 〓 2.645   風呂で死後   

       √3 〓 1.732  人並みに        √8 〓 2.828   にやにや

       √4 〓 2.000                √9 〓 3.000   

       √5 〓 2.236  富 士 山 麓        √10〓 3.162   三つ色



                 

  √1 = 1.000 √3 = 1.732 √10 = 3.162          √2-√1 = 0.414 √10-√9 = 0.162


        

                     オオム 貝  に そっくり

  ピタゴラス の 定 理 で √n がつぎつぎにできる  sinθ1 = 1/√ 2  = 0.71  θ1 = 45°     



             ちなみに、平 方 根 の 和 を求めてみると

      �煤�n〓 √1 + √2 + √3 + ・・・・・・ + √9 + √1 0 〓 22.466


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★  フィポナッチ数列 ・黄金比 ・白銀比 についての 図 形


  ここでは、黄金比 が 主 役 だが フィポナッチ数列 は 関係 が 深いので 前 座 に置き

          白銀比は おまけ・ プレミアム としました。


  ● フィポナッチ数 列     ( 10 年前 に 載せた フィポナッチ数列 ) 参 照

     数 列  ;   1 ・ 1 ・ 2 ・ 3 ・ 5 ・ 8 ・ 13 ・ 21 ・ 34 ・ 55 ・ 89 ・ 144

          この 数 列 の 作り方  ウツギ 産 (算) の 例 で 説 明 します

          ひとつがい の アサギ が 毎 月 ひとつがい の ウサギ を 産 む

          ただし、産まれた ウサギは 2ケ 月 後 から 産 み はじめる

         この ひとつがい の ウサギ と 以後 産まれてくる ウサギ の つがいが

         一年間 に産む つがい数 は Total 144 つがい となります

         そして、【 各 月 に 産まれるつがい 数 】 を 並べる と 上記 数 列 ができます


                 【 フィポナッチ数列 の 特 徴 】

    �@  第二項 以降 の 各項 が 先行する 二つ の 項 の 和 によって 得られること

           1 + 1 〓 2   1 + 2 〓 3   2 + 3 〓 5 ーーーーー

          第 n 項 のフィポナッチ 数 を  Fn  とすると    

      2つ の 初期条件 を持つ 漸化式   Fn〓 Fn-1 + Fn-2  と表せる

          F2 〓 F1 + F0   F3 〓 F2 + F1   F4 〓 F3 +F2 −−−−

    �A  この数 列 の 隣り合う 二項間 の 比 が 黄金比 0.618  に 近づいて いく

           1 / 1 ・ 1 / 2 ・ 2 / 3 ・ 3 / 5  −− (√5−1) / 2 〓 0.618  


            


      フィポナッチ数列は 1202年 に フィポナッチ 発行 の 『 算番の書 』 に あり


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    ●  黄 金 比          ( 1 0年前 に 載せた 黄金比 ) 参 照


前 記、フィポナッチ数列において隣り合う 2 項 間 の 比 が 黄金比・ 1.618 に近ずくことを揚げた

         黄金比 は 芸 術の 世 界 で �� 美 の 古典的 理 想��  といわれる

         【 黄 金 比 画 像 】 を 集めて みます  見つけ次第 追加

 フィポナッチ 数列 黄金比 は 芸術 の 世界 か ら 自然界 の 動 ・ 植 物の 世界いたる所に

             に 現れます

           

    パルテノン 神 殿      古代 ギリシャ アテネ      レカミエ 世界一美しい女性

           

      ピラミッド              薔  薇              オオムガイ

               


    ● 黄 金 比 の  説 明

      

                  説 明 文  2枚 コ ピー 拝 借 そのまま

             


                 

            黄 金 長方形     正 5 角形 の 一辺 と 対角線 の 比 〓 黄 金 比


       ▼ 黄 金 長方形 での 説 明

          一辺の長さ 1 の a ・b ・c ・d の 正方形

      b - c の 中点  o を 中心に 半径 o - d の 円 弧 を描き b - c の 延長線上 に e 点

         od2 〓 (1/2)2 + 12 〓 1/4 + 4/4 〓 5 / 4   ∴ od 〓 √5 / 2

         ab :be 〓 ab : (bo + oe) 〓 1 : {1 + (√5)/2} 〓 1 : 1.618



       ▼ 正 5 角 形 での 説 明  

             一辺の長さ 1 対角線 の 長さ xとする

             △ AFE △ ADF は 相 似 なので

         AF : AE 〓 AE : AD   AF 〓 ( AD-FD ) 〓 ( x- 1 )    AE 〓 1   AD 〓 x

         ( x- 1 ) : 1 〓 1 : x    ( x- 1 ) ・ x 〓 x2 - x 〓 1     x2- x - 1 〓 0

         この 2次方程式の解  x〓 { 1+ √(1 + 4) } / 2 〓 (1+√5) / 2 〓 1.618


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    ●  黄 金 比 関 連 


                以下、それぞれ 2次方程式 の 解 として 与えられる

       黄 金 比  x2 - x - 1 〓 0    1 : ( 1 + √5 ) / 2     第 一 金 属 比

       白 銀 比   x2 - 2x - 1 〓 0    1 : √2            第 ニ 金 属 比

       青 銅 比   x2 -3x - 1 〓 0    1 : { ( 3 + √13 ) } / 2   第 三 金 属 比

 
           ▼  白 銀 比 について

             白 銀 比 は 2 つ あります

      1   1 : 1 + √2     貴金属 比 の ひとつ (第 二 貴金属 比) 

      2   1 : √2    紙 の 寸法 などに用いられ、日本では 古くから 美しい比 とされる


       

        法 隆 寺  五 重 塔              慈 照 寺 の 銀 閣

              歴史的 建 物 にも 見られる ため 大 和 比 と 呼ばれる


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 ★ 数 列 ; 対 数 log10 n  の グラフ 化

            但 し、  n  〓  1 ・ 2 ・ 3  ーーー 10  の 自 然 数 とする

 この 問 題 も ″お遊 び ・ 頭 の 体 操 ″( 認 知 症、痴 呆 症 予防 ) なので 説 明 の 展 開 は

    敢えて、凝 り がたち に 組み立てて あります

                 では、始めます。

       log10 n   n 〓 1 から  n 〓 10 の 10 ポイント を グラフ  に 描 く とき

 【 頭 の 体操】 なので 対数表 を見ないでゆっくり 暗 算 で求め て グラフ に プロット します

 私は、幸いに  log101 〓 0   log10 2 〓 0.3  log10 10 〓 1  を 忘れず 覚えて いたので

        これを 頼りに 残 り の 7点 を 暗 算 で 求めます。

log10 n の  3 点 を 忘れず にいたことを 振 り 返って みますと、

log101 〓 0 は  a0 〓 1  指数関数 と 対数関数 は 裏・表 の 関係 にあるので 覚えやすい

log10 2 と  log10 10 は  log 計 算の 基点的 存在 なので 記 憶 から 消えない

  電気関係 では デシベル  db〓 20 log10 a/b がよく使われます。

        例えば、   
a/b 〓 2    a/b 〓 10  のとき

20 log10 2 〓 20×0.3 〓 6 デシベル(db)      20 log10 10 〓 20×1 〓 20 デシベル

2倍 が 6 デシベル    4倍 が 6 + 6 〓 12 db       8倍 が 6 + 6 + 6 〓 18 デシベル

10倍 が 20 デシベル  100倍 が 20 + 2 0〓 40 db    1000倍 が 20 + 20 + 20 〓 60 db

というように、対数 の 特徴 である 掛け算 が 足し算 に置き換え られ、また 桁 数 の 大きい 数 が

    コンパク ト な 数 に 置き換え られます。

    音 ( 音圧 ) の 大きさ   電気信号 の 大きさ での  デシベル 表 現

    飛行機 の 騒 音80デシベル、 電気信号を 10万倍 増 幅 したとき 100 デシベル の 増 幅 という

           大分、脱 線 しました では 本 題 の グラフ の プロット に 戻ります


  �@�A�I 先ず、覚えていた 3 点 ( log10 1・ log10 2 ・ log10 10 )  を グラフ に プロット します

       次に、 残り 7点 を 順 次 プロット していく

     各点 の 推 計 は 対 数 log の 性質 ・ 特 徴 を 利用 してれぞれの 点 を 暗 算 で求めます。


�C log10 4 と log10 8 は 、 対 数 log は 掛け算 が 足し算 に置き換え られることを 利用する 

  log10 4 〓 log10 2×2 〓 log10 2 + log10 2 〓 0.3 + 0.3 〓 0.6  グラフに 0.6 を プロット します

�G log10 8 〓 log10 2×2×2 〓 log10 2+ log102+ log10 2 〓 0.3×3 〓 0.9   プロット します

�D log10 5 は 、 対 数 は 割り算 が 引き算 に 置き換え られることを 利用します。

   log10 5 〓 log1010/2 〓 log10 10 - log10 2 〓 1 - 0.3 〓 0.7  0.7 を プロット します

�B log10 3 は 3 が 素 数 で 掛け算・ 割り算 に 分 解 できないので 前 後 2 点 より 推 計 する。

  log10 3 は  log10 2 と  log10 4  の 中 間 にあるので 平均値 の定理 ・ 配分法 で 推計する。

  log10 3 〓 (log10 2 + log104) / 2 〓 (0.3 + 0.6) / 2 〓 0.45    ⇒ 0.47

  グラフ が 直 線 であればこの 0.45 でよいが今までに プロット した グラフ の 全 容 を見ると


   やや、上に 凸 の 形 をしている。 そこで、目 の 子 で + α して 0.47 とする。


      参 考     内挿法 ( Interpolation )  ・ 外挿法 ( Extrapolation )


  ある、関数 数列 曲線 等 で データ に 欠落 した部分 があるとき、 この データ を

            補間
、推定値 を求める

   �E log106 〓 log10 2×3 〓 log10 2 + log10 3 〓 0.3 + 0.47 〓 0.77

   �H log109〓 log10 32 〓 2 log10 3 〓 2×0.47 〓 0.94 

   �F log10 7 は log103 と 同 様 に 3 が 素 数 なので 前 後 の 2点  log10 6  log10 8 より推計

         log10 7〓 (log10 6 + log10 8) / 2 〓 (0.77 + 0.9) / 2 〓 0.83


                 以上 で 10 点 プロット できました

           

             【 きれいな グラフ  を 描 く ことが できました 】


             お遊び、頭の 体 操 を 終わります


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                    2014 11 12    Input Test