Найдите хоть одно вещественное число A со свойством: для любого натурального n расстояние от верхней целой части числа An до ближайшего квадрата целого числа равно 2. (Верхняя целая часть числа x — наименьшее целое число, не меньшее x).
(Дмитрий Креков)
Решение. Рассмотрим любое квадратное уравнение с целыми коэффициентами и старшим коэффициентом 1, у которого два положительных корня, произведение которых равно 1. Подойдёт, например, уравнение его корни — это и Заметим, что сумма и произведение этих корней — целые, а тогда и сумма целая при любом натуральном n (это нетрудно доказать по индукции или просто раскрыв скобки: слагаемые с либо входят в чётной степени, либо взаимно уничтожаются).
Тогда точный квадрат, и он равен
(так как произведение корней равно 1 то есть отстоит на 2 от числа которое, в свою очередь, есть верхняя целая часть числа (поскольку второй корень положителен и меньше 1). Но тогда число — искомое.
Комментарий. Несложно видеть, что в качестве t можно взять любое число, являющееся бо́льшим корнем многочлена вида где n — натуральное число, не меньшее 3. Действительно, как и в решении выше, сумма корней этого многочлена оказывается целой, откуда для следует утверждение задачи.
В этом решении мы увидели, что для взятых нами чисел t расстояние от степени до ближайшего целого стремится к нулю с ростом t. На самом деле, чисел, степени которых становятся всё ближе и ближе к целым числам, больше (но про остальные нельзя сказать, что они подходят для решения данной задачи!).
А именно, пусть — приведенный многочлен с целыми коэффициентами, у которого все корни (в том числе комплексные), кроме одного, по модулю меньше 1. Тогда этот корень вещественный, и расстояние от до ближайшего целого числа стремится к 0 с ростом n. Это следует из того, что сумма n-х степеней всех корней многочлена целочисленно выражается через его коэффициенты, и потому является целой. А степени всех остальных корней стремятся к 0 — как раз потому, что они по модулю меньше 1. Это рассуждение можно прочитать в статье А. Егорова «Числа Пизо» (журнал «Квант», номера 5 и 6 за 2005 год); см. также проект «Дробные части степеней» на XII Летней конференции Турнира городов.
Такие числа — корни приведённого многочлена с целыми коэффициентами, у которого все остальные корни по модулю меньше 1, — называются числами Пизо или числами Пизо-Виджаярагхавана. Они представляют интерес в связи с задачами диофантовой аппроксимации и изучались в работах Туэ, Харди, Пизо (см., например, книгу: Дж. В. С. Касселс. Введение в теорию диофантовых приближений. М.: ИЛ, 1961. [5, глава VIII]). Свое название эти числа получили после публикации Шарля Пизо, который в своей диссертации открыл много замечательных свойств этих чисел.
Ответ:
Ответ: