A Stern-Brocot fa elemei és a racionális számok

A Stern-Brocot fa egy érdekes matematikai képződmény. Megértéséhez nincs másra szükség, mint összeadásra. Lássuk hát!

Induljunk ki két "számból", a 0/1 és 1/0 "törtekből". Természetesen az 1/0-t nem tekintjük igai törtnek, de ez minket most ne zavarjon. Adjuk össze a számlálóikat és nevezőiket, így a 0+1 = 1, 1+0 = 1 számokhoz jutunk. Képezzük belőlük az 1/1 törtet, majd folytassuk ezt a műveletsort most már a 0/1 és 1/1, illetve 1/1 és 1/0 értékekkel!
Így jutunk a 0+1 = 1, 1+1 = 2 értékekhez és belőlük az 1/2 törthöz. A másik kettőből pedig a 2/1-hez, hiszen 1+1 = 2 és 1+0 = 1.
Megfigyelhető, hogy a kapott tört (mediáns) mindig az őt előállító ősei közé esik. (Az 1/0-t értelmezhetjük pozitív végtelennek.)
Világosabb lesz, ha a fentieket ábrázoljuk egy bináris fában úgy, hogy a keletkező törtet mindig a két őse közé írjuk, de egy sorral lejjebb. Valahogy így:

Itt például a 3/5 ősei az 1/2 és a 2/3 (3 = 1+2 és 5 = 2+3). A fáról bebizonyítható sok összefüggés:

  • minden mediáns az ősei közé esik,
  • minden megjelenő tört tovább már nem egyszerűsíthető,
  • minden racionális szám megjelenik a fában, stb.

    Minket ezek most nem érdekelnek, csak arra koncentrálunk, hogyan lehet azonosítani egy törtet a fában. Hál' égnek egyszerűen: legyen az 1/1 a kezdőlépés, jelöljük K-val. Utána vagy jobbra (J), vagy balra lépünk (B). Ha többször lépünk ugyanabba az irányba, akkor azt hatványokkal fogjuk jelölni, pl. három balra lépést B3 mutat. Állapodjunk meg még abban is, hogy a kezdőlépés után mindig a jobbra lépéseket számoljuk először. Ha pedig balra kezdünk, akkor J0-t írunk, valahogy így: 2/5 = KJ0B2J1. Az így kapott jelsorozatot nevezzük SB-sorozatnak.
    A kapott sorozatok azért roppant érdekesek, mert a bennük megjelenő kitevők rendre megegyeznek a törtek lánctört felírásával.
    Az alábbi kis appletekkel kipróbálhatjuk, hogyan alakulnak át a törtek SB-sorozatokká és a sorozatok vissza törtekké. Mindenkinek jó szórakozást!

    Házi feladat. Miért érdekesek az előre megadott adatok?


     
    Készítsünk tizedestörtből SB-sorozatot!
    A keresett tizedestört:


     
    Készítsünk törtből SB-sorozatot!


    Készítsünk SB-sorozatból törtet!

    [ ]
    Itt csak a J-B lépésekre írt kitevőket kell megadni. Ne feledd, hogy a sorozat mindig J-vel kezdődik!
    A kitevő-sorozat végére írj egy vesszővel ellátott X-t, ebből tudja meg a progi, hogy vége a sorozatnak.

    A fáról várhatóan részletesebben olvashatsz majd a Matematikai Kincsestárban.

    Az oldalon levők szorosan kapcsolódnak a lánctörtekhez.
    Ha téged érdekelnek a fentiek, akkor ajánlom figyelmedbe ezeket a lapokat is!
    Kattints ide, ha minden érdekel!

    Trembeczki Csaba
    2008