Numerele Fibonacci

Numerele Fibonacci  (ortografie - Fibonacci [2] ) - elemente ale unei secvențe numerice

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, 6765, 10941 , 10941, … în OEIS ),

în care primele două numere sunt 0 și 1, iar fiecare număr ulterior este egal cu suma celor două numere anterioare [3] . Numit după matematicianul medieval Leonardo din Pisa (cunoscut sub numele de Fibonacci ) [4] .

Adevărat, în unele cărți, mai ales în cele mai vechi[ ce? ] , termenul egal cu zero este omis — apoi șirul lui Fibonacci începe cu [5] [6] .

Mai formal, succesiunea numerelor Fibonacci este dată de o relație liniară de recurență :

, unde .

Uneori, numerele Fibonacci sunt considerate și pentru valori negative ca o secvență infinită cu două fețe care satisface aceeași relație de recurență. În consecință, termenii cu indici negativi sunt ușor de obținut folosind formula echivalentă „înapoi” :

n −10 −9 −8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0 unu 2 3 patru 5 6 7 opt 9 zece
−55 34 −21 13 −8 5 −3 2 −1 unu 0 unu unu 2 3 5 opt 13 21 34 55

Este ușor să vezi că .

Origine

Secvența Fibonacci era bine cunoscută în India antică [7] [8] [9] , unde a fost folosită în științele metrice ( prozodie , cu alte cuvinte, versificare) mult mai devreme decât a devenit cunoscută în Europa [8] [10] [ 11] .

Un model de lungime n poate fi construit prin adăugarea S la un model de lungime n  - 1 sau L la un model de lungime n  - 2 - iar prozodiștii au arătat că numărul de modele de lungime n este suma celor două modele anterioare. numerele din succesiunea [9] . Donald Knuth discută acest efect în Arta programarii .

În Occident, această secvență a fost explorată de Leonardo din Pisa, cunoscut sub numele de Fibonacci , în lucrarea sa Cartea Abacului (1202) [12] [13] . El are în vedere dezvoltarea unei populații de iepuri idealizate (nerealiste din punct de vedere biologic), în care condițiile sunt următoarele: inițial i se dă o pereche de iepuri nou-născuți (mascul și femela); din a doua lună după naștere, iepurii încep să se împerecheze și să producă o nouă pereche de iepuri, de altfel, în fiecare lună; iepurii nu mor niciodată [14] [15] , și prezintă numărul de perechi de iepuri într-un an ca valoare dorită.

La sfârșitul lunii a treia, numărul de perechi de iepuri va fi egal cu numărul de perechi din luna precedentă plus numărul de perechi nou-născuți, care va fi același cu numărul de perechi de acum două luni, adică [16] . Este posibil ca această problemă să fi fost prima care a modelat creșterea exponențială a populației .

Numele „secvență Fibonacci” a fost folosit pentru prima dată de teoreticianul secolului al XIX-lea Eduard Lucas [17] .

Formula lui Binet

Formula lui Binet exprimă în mod explicit valoarea în funcție de n :

unde  - raportul de aur și și sunt rădăcinile ecuației caracteristice În general, o formulă similară există pentru orice succesiune liniară recurentă , care este șirul Fibonacci.

Motivație

[optsprezece]

Să transformăm ecuația caracteristică în forma, să înmulțim ambele părți cu : - și să înlocuim în această sumă cu , ceea ce putem face în virtutea ecuației caracteristice. Obținem Apoi continuăm să înmulțim cu și să transformăm , urmând ecuația inițială:

Astfel, se formează o ecuație generală: Pentru a transforma această ecuație într-o egalitate adevărată și de aici exprima numerele Fibonacci în sine, trebuie să înlocuiți rădăcinile și

Corolar și generalizare

Din formula Binet rezultă că pentru toate numărul este o rotunjire , adică, în special, pentru asimptotice

Formula lui Binet poate fi continuată analitic după cum urmează:

În acest caz, relația este valabilă pentru orice număr complex z .

Identități

Dovada

Demonstrăm formula prin inducție pe n :

Baza de inducție:

Pasul de inducție: fie afirmația pentru este adevărată:

Atunci trebuie să dovedim afirmația pentru

Ne întindem pe și Scurtăm ambele părți cu

Q.E.D.

Dovada

Demonstrăm formula prin inducție pe n :

Baza de inducție:

Pasul de inducție: Fie adevărată afirmația pentru:

Atunci trebuie să dovedim afirmația pentru

Ne întindem pe și Scurtăm ambele părți cu

Q.E.D.

Această identitate poate fi dovedită prin scăderea primei din a doua:

Și formule mai generale:

unde matricele au dimensiune și unde i  este unitatea imaginară .

Proprietăți

pe mulțimea numerelor întregi nenegative x și y [30] .

Variații și generalizări

În alte zone

Există o părere că aproape toate afirmațiile care găsesc numerele Fibonacci în fenomenele naturale și istorice sunt greșite - acesta este un mit comun, care se dovedește adesea a fi o potrivire inexactă la rezultatul dorit [34] [35] .

În natură

În artă

În poezie, se găsește mai des raportul „secțiunii de aur” (proporția de aur), legat prin formula Binet cu numerele Fibonacci. De exemplu, în poezia lui Sh. RustaveliCavalerul în pielea de pantere ” și în picturile artiștilor [40] .

Cu toate acestea, numerele Fibonacci se găsesc atât direct în poezie, cât și în muzică [41]

În codificare

În teoria codificării, sunt propuse așa-numitele „ coduri Fibonacci[42] stabile , iar baza acestor coduri este un număr irațional.

Vezi și

Note

  1. John Hudson Tiner. Explorarea lumii matematicii: de la înregistrările antice la cele mai recente progrese în computere . - New Leaf Publishing Group, 200. - ISBN 978-1-61458-155-0 .
  2. Vezi, de exemplu, T. V. Kropotova, V. G. Podolsky, P. E. Kashargin. Introducere în matematica superioară. — Institutul de Fizică al Universității Federale din Kazan.
  3. Lucas, 1891 , p. 3.
  4. Numerele Fibonacci // Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.
  5. Beck & Geoghegan (2010) .
  6. Bona, 2011 , p. 180.
  7. Goonatilake, Susantha (1998), Toward a Global Science , Indiana University Press, p. 126, ISBN 978-0-253-33388-9 , < https://books.google.com/books?id=SI5ip95BbgEC&pg=PA126 > 
  8. 1 2 Singh, Parmanand (1985), Așa-numitele numere Fibonacci în India antică și medievală , Historia Mathematica vol. 12(3):229-244 , DOI 10.1016/0315-0860(85)90021-7 
  9. 1 2 Knuth, Donald (2006), The Art of Computer Programming , vol. 4. Generarea tuturor arborilor - Istoria generației combinatorii, Addison-Wesley, p. 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 , vol. 1, Addison Wesley, p. 100, ISBN 978-81-7758-754-8 , < https://books.google.com/books?id=MooMkK6ERuYC&pg=PA100 > 
  11. Livio, 2003 , p. 197.
  12. Pisano, 2002 , pp. 404-405.
  13. Liber Abaci al lui Fibonacci (Cartea calculelor) . Universitatea din Utah (13 decembrie 2009). Data accesului: 28 noiembrie 2018.
  14. Hemenway, Priya. Proporția divină : Phi în artă, natură și știință  . - New York: Sterling, 2005. - P.  20-21 . — ISBN 1-4027-3522-7 .
  15. Knott, Dr. Ron Numerele Fibonacci și secțiunea de aur din Natură - 1 . Universitatea din Surrey (25 septembrie 2016). Data accesului: 27 noiembrie 2018.
  16. Knott, Iepurii lui Ron Fibonacci . Universitatea din Surrey Facultatea de Inginerie și Științe Fizice.
  17. Gardner, Martin (1996), Circul matematic , Asociația Matematică din America, p. 153, ISBN 978-0-88385-506-5 
  18. Arta rezolvării problemelor . artofproblemsolving.com . Preluat: 9 mai 2021.
  19. Numerele Fibonacci // Dicționarul enciclopedic al unui tânăr matematician / Comp. Savin A.P. - ed. a II-a. - M . : Pedagogie , 1989. - S. 312-314. — 352 p. — ISBN 5715502187 .
  20. ↑ 1 2 3 4 5 Teorema este prezentată în acest fișier .
  21. Punctul 23 .
  22. Punctul 24 .
  23. Corolar de la punctul 36 .
  24. Punctul 30 .
  25. 64 .
  26. Punctul 55 .
  27. dovada identității lui Cassini . planetmath.org . Data accesului: 30 mai 2021.
  28. Identitatea Cassini .
  29. JHE Cohn . Square Fibonacci Numbers Etc , pp. 109-113. Arhivat din original pe 11 iulie 2010. Preluat la 1 iulie 2010.
  30. P. Ribenboim. Noua carte a înregistrărilor numerelor prime . - Springer, 1996. - S. 193.
  31. Ira Gessel. Problema H-187  // Fibonacci Quarterly. - 1972. - T. 10 . - S. 417-419 .
  32. V. Serpinsky . Problema 66 // 250 Probleme în teoria numerelor elementare . - M . : Educaţie, 1968. - 168 p.
  33. Hutchison, Luke. Creșterea arborelui genealogic: puterea ADN-ului în reconstruirea relațiilor de familie  //  Proceedings of the First Symposium on Bioinformatics and Biotechnology (BIOT-04): jurnal. - 2004. - Septembrie.
  34. Fibonacci Flim-Flam . Arhivat pe 23 aprilie 2012 la Wayback Machine  .
  35. Mitul care nu va dispărea  .
  36. Raportul de aur în natură .
  37. Numerele Fibonacci .
  38. Numerele Fibonacci .
  39. Akimov O.E. Sfârșitul științei .
  40. Voloșinov A. V. Matematică și artă. Moscova: Educaţie, 2000. 400 p. ISBN 5-09-008033-X
  41. Matematica în poezie și muzică
  42. Stakhov A., Sluchenkova A., Shcherbakov I. Codul lui Da Vinci și seria Fibonacci. SPB. Editura: Piter, 2006. 320 p. ISBN 5-469-01369-3

Literatură

Link -uri