Fibonacci-tal

Fibonacci-tal  (stavning - Fibonacci [2] ) - elementer i en numerisk rækkefølge

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, 6765, 10946, 10746, … i OEIS ),

hvor de to første tal er 0 og 1, og hvert efterfølgende tal er lig med summen af ​​de to foregående tal [3] . Opkaldt efter middelaldermatematikeren Leonardo af Pisa (kendt som Fibonacci ) [4] .

Sandt nok i nogle bøger, især i ældre[ hvad? ] , udelades udtrykket lig med nul — så starter Fibonacci-sekvensen med [5] [6] .

Mere formelt er sekvensen af ​​Fibonacci-tal givet ved en lineær gentagelsesrelation :

, hvor .

Nogle gange betragtes Fibonacci-tal også for negative værdier som en tosidet uendelig sekvens, der opfylder den samme gentagelsesrelation. Følgelig er udtryk med negative indeks lette at opnå ved at bruge den tilsvarende "bagudgående" formel :

n −10 −9 −8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0 en 2 3 fire 5 6 7 otte 9 ti
−55 34 −21 13 −8 5 −3 2 −1 en 0 en en 2 3 5 otte 13 21 34 55

Det er let at se det .

Oprindelse

Fibonacci-sekvensen var velkendt i det gamle Indien [7] [8] [9] , hvor den blev brugt i metriske videnskaber ( prosodi , med andre ord versifikation) meget tidligere, end den blev kendt i Europa [8] [10] [ 11] .

Et mønster med længden n kan konstrueres ved at lægge S til et mønster med længden n  − 1 , eller L til et mønster med længden n  − 2 — og prosodister har vist, at antallet af mønstre med længden n er summen af ​​de to foregående tal i rækkefølgen [9] . Donald Knuth diskuterer denne effekt i The Art of Programming .

I Vesten blev denne sekvens udforsket af Leonardo af Pisa, kendt som Fibonacci , i hans værk The Book of the Abacus (1202) [12] [13] . Han betragter udviklingen af ​​en idealiseret (biologisk urealistisk) population af kaniner, hvor betingelserne er som følger: indledningsvis givet et nyfødt par kaniner (han og hun); fra den anden måned efter deres fødsel begynder kaniner at parre sig og producerer desuden et nyt par kaniner hver måned; kaniner dør aldrig [14] [15] , og fremsætter antallet af kaninpar på et år som den ønskede værdi.

Ved udgangen af ​​den . måned vil antallet af par kaniner være lig med antallet af par i den foregående måned plus antallet af nyfødte par, hvilket vil være det samme som antallet af par for to måneder siden, dvs. [16] . Dette problem kan også have været det første til at modellere eksponentiel befolkningstilvækst .

Navnet "Fibonacci-sekvens" blev først brugt af det 19. århundredes teoretiker Eduard Lucas [17] .

Binets formel

Binets formel udtrykker eksplicit værdien som en funktion af n :

hvor  - det gyldne snit og og er rødderne til den karakteristiske ligning Generelt findes der en lignende formel for enhver lineær tilbagevendende sekvens , som er Fibonacci-sekvensen.

Begrundelse

[atten]

Lad os transformere den karakteristiske ligning til formen, gange begge dele med : - og erstatte i denne sum med , hvilket vi kan gøre i kraft af den karakteristiske ligning. Vi får Så fortsætter vi med at gange med og transformere , efter den oprindelige ligning:

Der dannes således en generel ligning: For at gøre denne ligning til en sand lighed og herfra udtrykke selve Fibonacci-tallene, skal du erstatte rødderne og

Sammenhæng og generalisering

Det følger af Binet-formlen, at tallet for alle er en afrunding , det vil sige især for asymptotikerne

Binets formel kan analytisk fortsættes som følger:

I dette tilfælde gælder forholdet for ethvert komplekst tal z .

Identiteter

Bevis

Vi beviser formlen ved induktion på n :

Grundlag for induktion:

Induktionstrin: lad udsagnet for er sandt:

Så skal vi bevise påstanden for

Vi lægger ud på og Vi forkorter begge dele med

Q.E.D.

Bevis

Vi beviser formlen ved induktion på n :

Grundlag for induktion:

Induktionstrin: Lad udsagnet være sandt:

Så skal vi bevise påstanden for

Vi lægger ud på og Vi forkorter begge dele med

Q.E.D.

Denne identitet kan bevises ved at trække den første fra den anden:

Og mere generelle formler:

hvor matricerne har størrelse og hvor i  er den imaginære enhed .

Egenskaber

på mængden af ​​ikke-negative heltal x og y [30] .

Variationer og generaliseringer

I andre områder

Der er en opfattelse af, at næsten alle udsagn, der finder Fibonacci-tal i naturlige og historiske fænomener, er forkerte - dette er en almindelig myte, som ofte viser sig at være en upræcis tilpasning til det ønskede resultat [34] [35] .

I naturen

I kunst

I poesi findes forholdet mellem det "gyldne snit" (gyldne forhold) oftere, forbundet gennem Binet-formlen med Fibonacci-tallene. For eksempel i Sh. Rustavelis digt " Ridderen i panterens hud " og i malerier af kunstnere [40] .

Fibonacci-numre findes dog både direkte i poesi og i musik [41]

I kodning

I kodningsteorien foreslås stabile såkaldte " Fibonacci-koder " [42] , og bunden af ​​disse koder er et irrationelt tal.

Se også

Noter

  1. John Hudson Tiner. Udforsk matematikkens verden: Fra gamle optegnelser til de seneste fremskridt inden for computere . - New Leaf Publishing Group, 200. - ISBN 978-1-61458-155-0 .
  2. Se for eksempel T. V. Kropotova, V. G. Podolsky, P. E. Kashargin. Introduktion til højere matematik. — Kazan Federal University Institute of Physics.
  3. Lucas, 1891 , s. 3.
  4. Fibonacci-numre // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M .  : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
  5. Beck & Geoghegan (2010) .
  6. Bona, 2011 , s. 180.
  7. Goonatilake, Susantha (1998), Toward a Global Science , Indiana University Press, s. 126, ISBN 978-0-253-33388-9 , < https://books.google.com/books?id=SI5ip95BbgEC&pg=PA126 > 
  8. 1 2 Singh, Parmanand (1985), De såkaldte Fibonacci-numre i det antikke og middelalderlige Indien , Historia Mathematica bind 12(3):229-244 , DOI 10.1016/0315-0860(85)90021-7 
  9. 1 2 Knuth, Donald (2006), The Art of Computer Programming , bd. 4. Generering af alle træer - History of Combinatorial Generation, Addison-Wesley, s. 50, ISBN 978-0-321-33570-8 , < https://books.google.com/books?id=56LNfE2QGtYC&pg=PA50&dq=rhythms > 
  10. Knuth, Donald (1968), The Art of Computer Programming , bind. 1, Addison Wesley, s. 100, ISBN 978-81-7758-754-8 , < https://books.google.com/books?id=MooMkK6ERuYC&pg=PA100 > 
  11. Livio, 2003 , s. 197.
  12. Pisano, 2002 , s. 404-405.
  13. Fibonacci's Liber Abaci (Beregningsbog) . University of Utah (13. december 2009). Dato for adgang: 28. november 2018.
  14. Hemenway, Priya. Guddommelig proportion : Phi i kunst, natur og videnskab  . - New York: Sterling, 2005. - S.  20-21 . — ISBN 1-4027-3522-7 .
  15. Knott, Dr. Ron Fibonacci-tallene og det gyldne afsnit i naturen - 1 . University of Surrey (25. september 2016). Dato for adgang: 27. november 2018.
  16. Knott, Ron Fibonacci's kaniner . University of Surrey Fakultet for Ingeniørvidenskab og Fysiske Videnskaber.
  17. Gardner, Martin (1996), Mathematical Circus , The Mathematical Association of America, s. 153, ISBN 978-0-88385-506-5 
  18. Kunsten at løse problemer . artofproblemsolving.com . Hentet: 9. maj 2021.
  19. Fibonacci-numre // Encyclopedic Dictionary of a Young Mathematician / Comp. Savin A.P. - 2. udg. - M . : Pædagogik , 1989. - S. 312-314. — 352 s. — ISBN 5715502187 .
  20. ↑ 1 2 3 4 5 Sætningen er angivet i denne fil .
  21. Punkt 23 .
  22. Punkt 24 .
  23. Følge af punkt 36 .
  24. Punkt 30 .
  25. 64 .
  26. Punkt 55 .
  27. bevis for Cassinis identitet . planetmath.org . Dato for adgang: 30. maj 2021.
  28. Cassini-identiteten .
  29. JHE Cohn . Firkantede Fibonacci-tal osv ., s. 109-113. Arkiveret fra originalen den 11. juli 2010. Hentet 1. juli 2010.
  30. P. Ribenboim. The New Book of Prime Number Records . - Springer, 1996. - S. 193.
  31. Ira Gessel. Opgave H-187  // Fibonacci Kvartalsvis. - 1972. - T. 10 . - S. 417-419 .
  32. V. Serpinsky . Opgave 66 // 250 Opgaver i elementær talteori . - M . : Uddannelse, 1968. - 168 s.
  33. Hutchison, Luke. Growing the Family Tree: The Power of DNA in Reconstructing Family Relationships  //  Proceedings of the First Symposium on Bioinformatics and Biotechnology (BIOT-04): tidsskrift. - 2004. - September.
  34. Fibonacci Flim-Flam . Arkiveret 23. april 2012 på Wayback Machine  .
  35. Myten, der ikke vil  forsvinde .
  36. Det gyldne snit i naturen .
  37. Fibonacci-tal .
  38. Fibonacci-tal .
  39. Akimov O.E. Videnskabens ende .
  40. Voloshinov A. V. Matematik og kunst. Moskva: Uddannelse, 2000. 400 s. ISBN 5-09-008033-X
  41. Matematik i poesi og musik
  42. Stakhov A., Sluchenkova A., Shcherbakov I. Da Vinci-koden og Fibonacci-serien. SPB. Forlag: Piter, 2006. 320 s. ISBN 5-469-01369-3

Litteratur

Links