Fibonacciho čísla

Fibonacciho čísla  (pravopis - Fibonacci [2] ) - prvky číselné posloupnosti

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, 6765, 107041, 107045, A070415 v OEIS ),

ve kterém jsou první dvě čísla 0 a 1 a každé následující číslo je rovno součtu dvou předchozích čísel [3] . Pojmenován podle středověkého matematika Leonarda z Pisy (známého jako Fibonacci ) [4] .

Pravda, v některých knihách, zvláště ve starších[ co? ] , člen rovný nule je vynechán — pak Fibonacciho posloupnost začíná [5] [6] .

Formálněji je posloupnost Fibonacciho čísel dána lineárním rekurentním vztahem :

, kde .

Někdy jsou Fibonacciho čísla také považována za záporné hodnoty jako oboustranná nekonečná sekvence, která splňuje stejný vztah opakování. V souladu s tím lze termíny se zápornými indexy snadno získat pomocí ekvivalentního „zpětného“ vzorce :

n −10 −9 −8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0 jeden 2 3 čtyři 5 6 7 osm 9 deset
−55 34 −21 13 −8 5 −3 2 −1 jeden 0 jeden jeden 2 3 5 osm 13 21 34 55

Je snadné to vidět .

Původ

Fibonacciho sekvence byla dobře známá ve starověké Indii [7] [8] [9] , kde byla používána v metrických vědách ( prozódie , jinými slovy versifikace) mnohem dříve, než se stala známou v Evropě [8] [10] [ 11] .

Vzor délky n lze sestavit přidáním S ke vzoru délky n  − 1 nebo L ke vzoru délky n  − 2 — a prozodisté ​​ukázali, že počet vzorů délky n je součtem dvou předchozích čísla v pořadí [9] . Donald Knuth pojednává o tomto efektu v The Art of Programming .

Na Západě tuto sekvenci prozkoumal Leonardo z Pisy, známý jako Fibonacci , ve svém díle Kniha počítadla (1202) [12] [13] . Uvažuje o vývoji idealizované (biologicky nereálné) populace králíků, kde jsou podmínky následující: zpočátku dán novorozený pár králíků (samec a samice); od druhého měsíce po narození se králíci začínají pářit a produkují nový králičí pár, navíc každý měsíc; králíci nikdy neumírají [14] [15] a jako požadovanou hodnotu uvádí počet párů králíků za rok.

Na konci měsíce se počet párů králíků bude rovnat počtu párů v předchozím měsíci plus počtu novorozených párů, který bude stejný jako počet párů před dvěma měsíci, tzn. [16] . Tento problém může být také prvním modelem exponenciálního růstu populace .

Název „Fibonacciho sekvence“ poprvé použil teoretik 19. století Eduard Lucas [17] .

Binetův vzorec

Binetův vzorec explicitně vyjadřuje hodnotu jako funkci n :

kde  - zlatý řez a a jsou kořeny charakteristické rovnice Obecně platí, že podobný vzorec existuje pro jakoukoli lineární rekurentní posloupnost , kterou je Fibonacciho posloupnost.

Odůvodnění

[osmnáct]

Převedeme charakteristickou rovnici do tvaru, vynásobíme obě části číslem : - a dosadíme v tomto součtu číslem , což můžeme provést pomocí charakteristické rovnice. Dostaneme Poté pokračujeme v násobení a transformaci podle původní rovnice:

Vznikne tak obecná rovnice: Abyste z této rovnice udělali skutečnou rovnost a odtud vyjadřovali samotná Fibonacciho čísla, musíte dosadit kořeny a

Důsledek a zobecnění

Z Binetova vzorce vyplývá, že pro všechna čísla je zaokrouhlení , tedy zejména pro asymptotiku

Binetův vzorec lze analyticky pokračovat následovně:

V tomto případě platí vztah pro libovolné komplexní číslo z .

Totožnosti

Důkaz

Vzorec dokážeme indukcí na n :

Základ indukce:

Krok indukce: nechť je tvrzení pro pravdivé:

Pak musíme dokázat tvrzení pro

Ležíme na a Oba díly zkrátíme o

Q.E.D.

Důkaz

Vzorec dokážeme indukcí na n :

Základ indukce:

Krok indukce: Nechť je tvrzení pro pravdivé:

Pak musíme dokázat tvrzení pro

Ležíme na a Oba díly zkrátíme o

Q.E.D.

Tuto identitu lze prokázat odečtením prvního od druhého:

A obecnější vzorce:

kde matice mají velikost a kde i  je imaginární jednotka .

Vlastnosti

na množině nezáporných celých čísel x a y [30] .

Variace a zobecnění

V jiných oblastech

Existuje názor, že téměř všechna tvrzení, která nacházejí Fibonacciho čísla v přírodních a historických jevech, jsou mylná - to je běžný mýtus, který se často ukazuje jako nepřesná shoda s požadovaným výsledkem [34] [35] .

V přírodě

V umění

V poezii se častěji vyskytuje poměr „zlatého řezu“ (zlatá proporce), spojený prostřednictvím Binetova vzorce s Fibonacciho čísly. Například v básni Sh. RustavelihoRytíř v kůži pantera “ a v obrazech umělců [40] .

Fibonacciho čísla se však nacházejí jak přímo v poezii, tak v hudbě [41]

V kódování

V teorii kódování jsou navrženy stabilní tzv. „ Fibonacciho kódy[42] a základem těchto kódů je iracionální číslo.

Viz také

Poznámky

  1. John Hudson Tiner. Objevování světa matematiky: Od starověkých záznamů k nejnovějším pokrokům v počítačích . - New Leaf Publishing Group, 200. - ISBN 978-1-61458-155-0 .
  2. Viz např. T. V. Kropotova, V. G. Podolsky, P. E. Kashargin. Úvod do vyšší matematiky. — Kazaňský federální univerzitní fyzikální institut.
  3. Lucas, 1891 , str. 3.
  4. Fibonacciho čísla // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
  5. Beck & Geoghegan (2010) .
  6. Bona, 2011 , str. 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), Takzvaná Fibonacciho čísla ve starověké a středověké Indii , Historia Mathematica sv. 12(3):229-244 , DOI 10.1016/0315-0860(85)90021-7 
  9. 1 2 Knuth, Donald (2006), The Art of Computer Programming , sv. 4. Generování všech stromů - Historie kombinatorického generování, Addison-Wesley, str. 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 , sv. 1, Addison Wesley, str. 100, ISBN 978-81-7758-754-8 , < https://books.google.com/books?id=MooMkK6ERuYC&pg=PA100 > 
  11. Livio, 2003 , str. 197.
  12. Pisano, 2002 , str. 404-405.
  13. Fibonacciho Liber Abaci (Kniha výpočtu) . University of Utah (13. prosince 2009). Datum přístupu: 28. listopadu 2018.
  14. Hemenway, Priya. Božská proporce : Phi v umění, přírodě a vědě  . - New York: Sterling, 2005. - S.  20-21 . — ISBN 1-4027-3522-7 .
  15. Knott, Dr. Ron Fibonacciho čísla a zlatá sekce v přírodě - 1 . University of Surrey (25. září 2016). Datum přístupu: 27. listopadu 2018.
  16. Knott, králíci Rona Fibonacciho . Univerzita Surrey Fakulta inženýrství a fyzikálních věd.
  17. Gardner, Martin (1996), Mathematical Circus , The Mathematical Association of America, s. 153, ISBN 978-0-88385-506-5 
  18. Umění řešení problémů . artofproblemsolving.com . Staženo: 9. května 2021.
  19. Fibonacciho čísla // Encyklopedický slovník mladého matematika / Komp. Savin A.P. - 2. vyd. - M . : Pedagogika , 1989. - S. 312-314. — 352 s. — ISBN 5715502187 .
  20. ↑ 1 2 3 4 5 Věta je uvedena v tomto souboru .
  21. Bod 23 .
  22. Bod 24 .
  23. Důsledek z bodu 36 .
  24. Bod 30 .
  25. 64 .
  26. Bod 55 .
  27. doklad totožnosti Cassini . planetmath.org . Datum přístupu: 30. května 2021.
  28. Identita Cassini .
  29. JHE Cohn . Čtvercová Fibonacciho čísla atd ., s. 109-113. Archivováno z originálu 11. července 2010. Staženo 1. července 2010.
  30. P. Ribenboim. Nová kniha prvočíselných rekordů . - Springer, 1996. - S. 193.
  31. Ira Gessel. Problém H-187  // Fibonacci čtvrtletně. - 1972. - T. 10 . - S. 417-419 .
  32. V. Serpinsky . Úloha 66 // 250 Úlohy v elementární teorii čísel . - M . : Vzdělávání, 1968. - 168 s.
  33. Hutchison, Luku. Growing the Family Tree: The Power of DNA in Reconstructing Family Relationships  //  Sborník příspěvků z prvního sympozia o bioinformatice a biotechnologiích (BIOT-04) : časopis. - 2004. - září.
  34. Fibonacci Flim-Flam . Archivováno 23. dubna 2012 na Wayback Machine  .
  35. Mýtus , který nezmizí  .
  36. Zlatý řez v přírodě .
  37. Fibonacciho čísla .
  38. Fibonacciho čísla .
  39. Akimov O.E. Konec vědy .
  40. Voloshinov A. V. Matematika a umění. Moskva: Vzdělávání, 2000. 400 s. ISBN 5-09-008033-X
  41. Matematika v poezii a hudbě
  42. Stakhov A., Sluchenkova A., Shcherbakov I. Da Vinciho kód a Fibonacciho řada. SPB. Nakladatelství: Piter, 2006. 320 s. ISBN 5-469-01369-3

Literatura

Odkazy