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、3はmod17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=αζ3+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=−1−172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+ζ4α2=ζ9+ζ15+ζ8+ζ2とします。
α1+α2=αα1α2=(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=α−α2+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+ζ12β2=ζ10+ζ11+ζ7+ζ6とします。
β1+β2=ββ1β2=(ζ3+ζ5+ζ14+ζ12)(ζ10+ζ11+ζ7+ζ6)=ζ13+ζ14+ζ10+ζ9+ζ15+ζ16+ζ12+ζ11+ζ7+ζ8+ζ4+ζ3+ζ5+ζ6+ζ2+ζ=−1β1=2(cos6π17+cos10π17)>0より、β1=β+β2+42,β2=β−β2+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+α12−4β12
従って、cos2π17=α1+α12−4β14と求まりましたね。仕上げに、α1=α+α2+42β1=β+β2+42α=−1+172β=−1−172を代入してみます。α1=−1+172+(−1+172)2+42=−1+17+34−2174β1=−1−172+(−1−172)2+42=−1−17+34+2174cos2π17=−1+17+34−2174+(−1+17+34−2174)2−(−1−17+34+217)4=−1+17+34−217+217+317−34−217−234+21716
計算できましたね。お疲れ様でした。
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