从兔子说起 一般而言,兔子在出生两个月后,就有繁殖能力,一对兔子每个月能生出一对小兔子来。如果所有兔子都不死,起初有一对小兔子,那么一年以后可以繁殖多少对兔子? 举个例子,第一个月小兔子没有繁殖能力,所以还是一对,两个月后,生下一对小兔对数共有两对,三个月以后,老兔子又生下一对,因为小兔子还没有繁殖能力,所以一共是三对...... 以此类推我们得到下表
这个数列是意大利中世纪数学家斐波那契在《算盘全书》中提出的,这就是著名的斐波那契数列。如果设F(n)为该数列的第n项(n∈N*),那么这句话可以写成如下形式: F(1)=1,F(2)=1 F(n)=F(n-1)+F(n-2)(n≥3,n∈N*) 通项公式 我们除了可以用上面的递推式计算出斐波那契数列的每一项,我们还可以直接使用通项公式 至于有关它的推导主要有两种,一种是利用特征方程,另一种是待定系数法构建等比数列。具体的推导过程在这里就不赘述了。 生活中随处可见 斐波那契数列中的斐波那契数会经常出现在我们的眼前——比如松果、凤梨、树叶的排列、某些花朵的花瓣数(典型的有向日葵花瓣),蜂巢,蜻蜓翅膀等等。斐波那契数还可以在植物的叶、枝、茎等排列中发现。 大自然里一些花草长出的枝条经常会出现斐波那契数,新的一枝从叶腋长出,而另外的新枝又从旧枝长出来,老枝条和新枝条的数目的和就像那兔子问题一样。 (下面两段内容选择阅读) 仔细观察向日葵的花,可以看到,向日葵花盘内,种子是按对数螺线排列的,有顺时针转和逆时针转的两组对数螺线。两组螺线的条数往往成相继的两个斐波那契数,一般是34和55,大向日葵是89和144,还曾发现过一个更大的向日葵有144和233条螺线,它们都是相继的两个斐波那契数。 常见的花瓣还有3瓣的鸢尾花(看上去是6片花瓣,实际上是两组3瓣),8瓣的飞燕草,13瓣的翠雀花等等。 数学问题 斐波那契数列有关的数学问题可有点多,比如杨辉三角、黄金分割、排列组合、矩形面积、质数数量、尾数循环等等。 其中黄金分割比较简单,在这里说一下,随着数列项数的增加,前一项与后一项之比越来越逼近黄金分割的数值0.6180339887..… 今天我们只考虑一个杨辉三角问题(原因是这个问题似乎比起其他几个好像更接近程序设计)。这一期主要还是说斐波那契数列的,所以杨辉三角我们只说一下他们之间的联系。 杨辉三角的第一行只有一个数为1,接下来每一行都比上一行要多一个数,每个数等于它上方两数之和。 在这张图里相信大家已经发现了斐波那契数列,就是每条虚线上数字的和,但这样似乎不够明显,那我们把杨辉三角每一行的左端对齐。 这次是不是思路清晰多了。 例题 1.一般而言,兔子在出生两个月后,就有繁殖能力,一对兔子每个月能生出一对小兔子来。如果所有兔子都不死,起初有一对小兔子,那么X个月以后可以繁殖多少对兔子? 这个就是开篇的兔子数列,我们就直接略过了吧。 2.蜜蜂路线 3.爬楼梯 楼梯有n阶,上楼可以一步上1阶,也可以一步上2阶。请问一共有多少种方案从楼梯底上到第n阶上。 这道题和蜜蜂路线就比较相似了,如果想要上到第n阶,只能从第n-1阶或n-2阶爬一步之后上到第n阶上。那么我们是需要算好上到第1阶只有一种方案,第2阶有两种方案,之后从第3阶开始,每阶的方案数就等于前两阶方案数的和,一直算到第n阶就好了。 几种变形
如果上面的爬楼梯问题每步可以上1-3阶呢?那1-4阶呢?同样的我们只需要数好前几阶共有几种方案,之后的每阶的方案数就是这阶前3或4方案数之和。 2.二维变形 过河卒(NOIP2002普及组)(洛谷P1002) 类似地,想要走到一个格子里只能从这个格子的上方或左方进入,依次递推出结果就好了。 求斐波那契数列第N项 1.递归
2.递推
3.迭代(模拟)
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