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你知道吗?斐波那契数列有两个非常有趣的特性

 木桩指路 2020-07-21

斐波那契数列是一个众所周知的且经过研究的数字序列,经常在学校和休闲数学中使用,因为它很容易被那些受过有限的专业数学教育的人理解。序列的定义如下:第一项是零,第二项是一,任何其他项都是序列前两项的和。这个序列的正式写法如下

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当n> 1时。序列的前十项为0、1、1、2、3、5、8、13、21、34。

有大量证据表明,这些数字是Sanskit诗歌传统的一部分,在2000年前就为人们所熟知。在欧洲,该序列首次出现在1202 年斐波那契的书Liber Abaci中,在那里他用它来模拟兔子种群。如今,该序列已在许多领域得到应用,包括经济学,光学和金融市场交易

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斐波那契数具有很多有趣且令人惊讶的特性,在此我将举例说明和证明其中两个。两种证明都将使用数学归纳法

1.数学归纳法

如果您不熟悉数学归纳法,请这样考虑。想象一下,我拥有一套永无止境的多米诺骨牌,而我将把它们全都站起来,形成一串多米诺骨牌,它们将永远相互撞倒。为确保发生这种情况,我需要了解以下内容:

第一个多米诺骨牌被击倒了。

2.碰到任何多米诺骨牌都会导致下一个多米诺骨牌被碰倒。

以类似的方式,我们可以通过证明以下事实来证明对于所有数字n都是正确的:

1. n = 1时成立(称为归纳开始)

2. 如果n = k成立,那么n = k + 1也成立。(这被称为归纳步骤。即证明如果所有n≤k都成立,那么n = k + 1也成立。)

2。关于“斐波那契三胞胎”的一个有趣的结果

三个连续的斐波那契数的所有组之间都有一种迷人的关系。在我们将定理和证明形式化之前,这里首先是一个例子。

例2.1:如果您采用任意三个连续的斐波那契数,则中间数的平方与外部两个数的乘积始终不超过1。观察连续的三元组8、13、21,可以看到168 ﹣169 = -1。如果您查看后面的三元组89、144、233,我们会看到20737 ﹣20736 = 1。

让我们正式证明这个结果。

定理2.2:对于任何三个连续的斐波那契数集

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证明:为了从n= 1 开始归纳,我们看到前两个斐波那契数是0和1,并且根据需要0 ﹣ 1 = -1。现在对于归纳步骤,我们假设对于n = k,结果为true ,即:

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现在我们来看n= k + 1的情况,我们观察到:

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现在我们从假设中知道

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将其代入先前的等式,我们得到:

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最后,可以将其重新排列为:

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这是n=k+1所需的结果。

3.在斐波那契数列中“跳跃式前进”

如果你认为在不知道前两项的情况下,是不可能计算斐波那契数列中的一项的,这是可以理解的,但这并不完全正确。下面的结果可以让您基于在序列中相当靠后的项来计算项的值。

定理3.1:对于任何正整数m和n:

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证明:我们对m使用归纳法。对于m = 1,方程简化为一个平凡恒等式,因此建立了归纳法。

现在我们假设结果对m = k成立我们的目标是证明它对m = k + 1成立。我们来看看方程的右边m = k + 1的情况。

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例3.2:为了好玩,让我们来计算第21个斐波那契数——这将演示如何构建算法来构造非常大的斐波那契数。首先,我们可以说,20 = 10 + 10,递归地工作,直到我们找到早期的斐波那契数的值:

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