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31. In jeder der Papierschlangen ist eine Zahl verborgen, deren Ziffern durch die Falten dargestellt werden. Für die Darstellung einer Zahl z im Stellenwert-System mit der Basis b gilt: ![]() wobei die Koeffizienten an, an-1, an-2, ...,aa1, a0 die Ziffern der Zahl z sind. Da nur zwei Arten von Falten vorkommen, ist das Dualsystem (Basis 2, Ziffern 0 und 1) besonders geeignet. Dezimal-System: 5432 = 5*1000 + 4*100 + 3*10 + 2*1 = 5*103 + 4*103 + 3*101 + 2*100 0,5432 = 5*10-1 + 4*10-2 + 3*10-3 + 2*10-4 Dual-System: 0 = 0 1 = 1 10 = 1*21 + 0*20 = 2 11 = 1*21 + 1*20 = 3 100 = 1*22 + 0*21 + 0*20 = 4 101 = 1*22 + 0*21 + 1*20 = 5 110 = 1*22 + 1*21 + 0*20 = 6 111 = 1*22 + 1*21 + 1*20 = 7 1000 = 1*23 + 0*22 + 0*21 + 0*20 = 8 1001 = 1*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20 = 9 1010 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 0*20 = 10 1011 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 11 1100 = 1*23 + 1*22 + 0*21 + 0*20 = 12 1101 = 1*23 + 1*22 + 0*21 + 1*20 = 13 1110 = 1*23 + 1*22 + 1*21 + 0*20 = 14 1111 = 1*23 + 1*22 + 1*21 + 1*20 = 15 0,1 = 1*2-1 = 1*1/2 = 0,5 0,11 = 1*2-1 + 1*2-2 = 1*1/2 + 1*1/4 = 0,5 + 0.25 = 0,75 0,101 = 1*2-1 + 0*2-2 + 1.2-3 = 1*1/2 + 0*1/4 + 1*1/8 = 0,5 + 0.125 = 0,625 0,111 = 1*2-1 + 1*2-2 + 1.2-3 = 1*1/2 + 1*1/4 + 1*1/8 = 0,5 + 0.25 + 0,125 = 0,875 Wir setzen in der Faltungsfolge L=1 und R=0 und bilden die entsprechenden Dualzahlen <1, also beginnend mit 0,... 32. Berechne die dezimalen Werte: 1. L = 0,1 = .................. 33. Welche Eigenschaft hat die Zahlenfolge ? 34. Der Grenzwert der Faltungsfolge sei P ("Papierfaltungszahl"); begründe, daß P irrational ist. 35. Welche dezimalen Werte erhält man für P, wenn L=0 und R=1 gesetzt wird ?
36. Einfüllen von 1 und 0 in P ergibt eine neue Zahl Q1: ![]()
37. Weglassen von 1-0 in P ergibt eine Zahl Q2:
Bilde Q2 und vergleiche P mit Q2. 38. Nullen in P einfüllen ergibt eine Zahl R: ![]() R = 0,0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 . . . . . . . . . . . Vergleiche P und R. 39. Bilde die Differenz von P und R: P = 0,1101100111001001... Subtrahiere R von P. Welcher Art ist die Zahl P - R ? 40. Berechne den dezimalen Wert von P - R. 41. Zeige: P - R =s / (1 - s4) mit s = 1/2 42. Zeige: Bei der Subtraktion in 41 steht über einer 1 in R immer eine 1 in P (d.h. es tritt kein Übertrag auf).Hinweis: in R steht eine 1 stets an ungerader Position 2k+1 (k=0,1,..); benutze den Automaten für P.
43. Endlicher Automat Um das an einer bestimmten Position k stehende Symbol der Folge mit Hilfe des Bildungsgesetzes durch Reflektion zu bestimmen, sind bei großem k viele komplexe Schritte nötig; z.B. bei k=1022 sind 10 Schritte erforderlich, die Folge enthält 210=1024 Symbole. Mit einem geeigneten "endlichen Automaten" läßt sich der Aufwand erheblich reduzieren. Man stellt die Zahl k binär dar und benutzt die Ziffern dieser Darstellung als Arbeitstakte des Automaten.
44. Welche Überlegungen führen zu dem Automaten, der die Ziffern der Papierfaltungs-zahl P produziert ? ![]()
45. Manche Irrationalzahlen besitzen trotz ihrer unendlichen Anzahl (nichtperiodischer) Stellen eine einfache Darstellung, wenn man sie als Kettenbruch schreibt. Man versteht unter einem (endlichen) Kettenbruch einen Bruch der Form ![]() mit natürlichen Zahlen a0, a1, a2, ..., an-1, an. Man erhält die Kettenbruchentwicklung einer positiven Zahl irrationalen Zahl a , die als Dezimalzahl gegeben ist, durch folgenden Algorithmus: ![]() Warum liefert ein Taschenrechner nur die ersten 8 bis 10 Terme der Kettenbruchentwicklung ? 46. Bestimme die Kettenbruchentwickungen für 47. Wie lautet die Kettenbruchentwickungen von P = 0.8507361882 ? 48. Die Papierfaltungs-Folge in der komplexen Zahlenebene.
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