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cos(2π/17)の計算

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この記事ではcos2π17の計算をします。かなり計算量が多いので計算好きの方は読んでみてください。

ζ=e2πi17とおきます。
すると、ζ17=1なので、ζ+ζ2+...+ζ16=1となります。
ここで、3mod17における原始根となっているのでζ3kの形に並び替えます。

ζ+ζ3+ζ9+ζ10+ζ13+ζ5+ζ15+ζ11+ζ16+ζ14+ζ8+ζ7+ζ4+ζ12+ζ2+ζ6=1

これを奇数番目と偶数番目に分けて、
ζ+ζ9+ζ13+ζ15+ζ16+ζ8+ζ4+ζ2=α
ζ3+ζ10+ζ5+ζ11+ζ14+ζ7+ζ12+ζ6=β
と置きます。

すると、α+β=1であり、
αβ=(ζ+ζ9+ζ13+ζ15+ζ16+ζ8+ζ4+ζ2)(ζ3+ζ10+ζ5+ζ11+ζ14+ζ7+ζ12+ζ6)=ζ4+ζ11+ζ6+ζ12+ζ15+ζ8+ζ13+ζ7+ζ12+ζ2+ζ14+ζ3+ζ6+ζ16+ζ4+ζ15+ζ16+ζ6+ζ+ζ7+ζ10+ζ3+ζ8+ζ2+ζ+ζ8+ζ3+ζ9+ζ12+ζ5+ζ10+ζ4+ζ2+ζ9+ζ4+ζ10+ζ13+ζ6+ζ11+ζ5+ζ11+ζ+ζ13+ζ2+ζ5+ζ15+ζ3+ζ14+ζ7+ζ14+ζ9+ζ15+ζ+ζ11+ζ16+ζ10+ζ5+ζ12+ζ7+ζ13+ζ16+ζ9+ζ14+ζ8=4(ζ+ζ2+...+ζ16)=4

従って、α,β=1±172
となるが、α=2(cos2π17+cos4π17+cos8π17+cos16π17)>0より、α=1+172,β=1172です。

α=ζ+ζ9+ζ13+ζ15+ζ16+ζ8+ζ4+ζ2を奇数番目と偶数番目に分けて
α1=ζ+ζ13+ζ16+ζ4
α2=ζ9+ζ15+ζ8+ζ2
とします。

α1+α2=α
α1α2=(ζ+ζ13+ζ16+ζ4)(ζ9+ζ15+ζ8+ζ2)=ζ10+ζ16+ζ9+ζ3+ζ5+ζ11+ζ4+ζ15+ζ8+ζ14+ζ7+ζ+ζ13+ζ2+ζ12+ζ6=1

従って、α1,α2=α±α2+42

また、α1=2(cos2π17+cos8π17)>0より、α1=α+α2+42,α2=αα2+42

β=ζ3+ζ10+ζ5+ζ11+ζ14+ζ7+ζ12+ζ6も同様に奇数番目と偶数番目に分けて
β1=ζ3+ζ5+ζ14+ζ12
β2=ζ10+ζ11+ζ7+ζ6
とします。

β1+β2=β
β1β2=(ζ3+ζ5+ζ14+ζ12)(ζ10+ζ11+ζ7+ζ6)=ζ13+ζ14+ζ10+ζ9+ζ15+ζ16+ζ12+ζ11+ζ7+ζ8+ζ4+ζ3+ζ5+ζ6+ζ2+ζ=1
β1=2(cos6π17+cos10π17)>0
より、
β1=β+β2+42,β2=ββ2+42

そして、α1=ζ+ζ13+ζ16+ζ4も奇数番目と偶数番目に分けてみます。
(ζ+ζ16)+(ζ13+ζ4)=α1
(ζ+ζ16)(ζ13+ζ4)=ζ14+ζ5+ζ12+ζ3=β1

ここで、ζ+ζ16=2cos2π17,ζ13+ζ4=2cos8π17
より、ζ+ζ16>ζ13+ζ4となるので、
2cos2π17=ζ+ζ16=α1+α124β12

従って、cos2π17=α1+α124β14と求まりましたね。
仕上げに、
α1=α+α2+42
β1=β+β2+42
α=1+172
β=1172
を代入してみます。
α1=1+172+(1+172)2+42=1+17+342174
β1=1172+(1172)2+42=117+34+2174
cos2π17=1+17+342174+(1+17+342174)2(117+34+217)4=1+17+34217+217+31734217234+21716

計算できましたね。
お疲れ様でした。

投稿日:20201123
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tria_math
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