Обобщения чисел Фибоначчи
В математике числа Фибоначчи образуют последовательность, определяемую рекурсивно следующим образом:
То есть после двух начальных значений каждое число представляет собой сумму двух предыдущих чисел.
Последовательность Фибоначчи широко изучалась и обобщалась разными способами, например, начиная с чисел, отличных от 0 и 1, добавляя более двух чисел для создания следующего числа или добавляя объекты, отличные от чисел.
Расширение до отрицательных целых чисел
[ редактировать ]С использованием , можно расширить числа Фибоначчи до отрицательных целых чисел . Итак, мы получаем:
- ... −8, 5, −3, 2, −1, 1, 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, ...
и . [1]
См. также Кодирование Негафибоначчи .
Расширение на все действительные или комплексные числа.
[ редактировать ]Существует ряд возможных обобщений чисел Фибоначчи, которые включают в свою область действительные числа (а иногда и комплексные числа ). Каждый из них включает золотое сечение φ и основан на формуле Бине.
Аналитическая функция
имеет свойство, которое для четных целых чисел . [2] Аналогично, аналитическая функция:
удовлетворяет для нечетных целых чисел .
Наконец, сложив их вместе, аналитическая функция
удовлетворяет для всех целых чисел . [3]
С для всех комплексных чисел , эта функция также обеспечивает расширение последовательности Фибоначчи на всю комплексную плоскость. Следовательно, мы можем вычислить обобщенную функцию Фибоначчи комплексной переменной, например:
Векторное пространство
[ редактировать ]Термин «последовательность Фибоначчи» также применяется в более общем смысле к любой функции. от целых чисел к полю, для которого . Эти функции в точности являются функциями вида , поэтому последовательности Фибоначчи образуют векторное пространство с функциями и в качестве основы .
В более общем плане диапазон можно взять любую абелеву группу (рассматриваемую как Z - модуль ). Тогда последовательности Фибоначчи образуют 2-мерный Z аналогичным образом -модуль.
Подобные целочисленные последовательности
[ редактировать ]Целочисленные последовательности Фибоначчи
[ редактировать ]2-мерный -модуль целочисленных последовательностей Фибоначчи состоит из всех целочисленных последовательностей, удовлетворяющих . Выражаясь через два начальных значения, мы имеем:
где это золотое сечение.
Отношение между двумя последовательными элементами сходится к золотому сечению, за исключением случаев, когда последовательность постоянно равна нулю, а также последовательностей, в которых отношение двух первых членов равно .
Последовательность можно записать в виде
в котором тогда и только тогда, когда . В этой форме простейший нетривиальный пример имеет , который представляет собой последовательность чисел Люка :
У нас есть и . Свойства включают в себя:
Каждая нетривиальная целочисленная последовательность Фибоначчи появляется (возможно, после сдвига на конечное число позиций) как одна из строк массива Витхоффа . Сама последовательность Фибоначчи — это первая строка, а сдвиг последовательности Люка — вторая строка. [4]
См. также целочисленные последовательности Фибоначчи по модулю n .
Последовательности Лукаса
[ редактировать ]Другим обобщением последовательности Фибоначчи являются последовательности Люка , определяемые следующим образом:
где нормальная последовательность Фибоначчи является частным случаем и . Другой вид последовательности Лукаса начинается с , . Такие последовательности находят применение в теории чисел и доказательстве простоты .
Когда , эта последовательность называется P -последовательностью Фибоначчи , например, последовательность Пелля также называется 2-последовательностью Фибоначчи .
Последовательность 3- Фибоначчи
- 0, 1, 3, 10, 33, 109, 360, 1189, 3927, 12970, 42837, 141481, 467280, 1543321, 5097243, 16835050, 55602393, 183642229, 6065 29080, ... (последовательность A006190 в OEIS )
Последовательность 4- Фибоначчи
- 0, 1, 4, 17, 72, 305, 1292, 5473, 23184, 98209, 416020, 1762289, 7465176, 31622993, 133957148, 567451585, 2403763488, ... A001076 в OEIS )
Последовательность 5- Фибоначчи
- 0, 1, 5, 26, 135, 701, 3640, 18901, 98145, 509626, 2646275, 13741001, 71351280, 370497401, 1923838285, 9989688826, ... (последовательность A05 2918 в ОЭИС )
Последовательность 6- Фибоначчи
- 0, 1, 6, 37, 228, 1405, 8658, 53353, 328776, 2026009, 12484830, 76934989, 474094764, 2921503573, 18003116202, ... (последовательность A005668 в ОЭИС )
Константа n -Фибоначчи – это отношение, к которому примыкают соседние -Числа Фибоначчи имеют тенденцию; его также называют n- м металлическим средним , и это единственный корень положительный . Например, случай является , или золотое сечение , и случай является , или соотношение серебра . Как правило, случай является . [ нужна ссылка ]
В целом, можно назвать ( P , −Q ) -последовательностью Фибоначчи , а V ( n ) можно назвать ( P , −Q ) -последовательностью Люка .
-последовательность (1,2) Фибоначчи
- 0, 1, 1, 3, 5, 11, 21, 43, 85, 171, 341, 683, 1365, 2731, 5461, 10923, 21845, 43691, 87381, 174763, 349525, 699051, 139810, 1, 2796203, 5592405, 11184811, 22369621, 44739243, 89478485, ... (последовательность A001045 в OEIS )
Последовательность (1,3)-Фибоначчи имеет вид
- 1, 1, 4, 7, 19, 40, 97, 217, 508, 1159, 2683, 6160, 14209, 32689, 75316, 173383, 399331, 919480, 2117473, 4875913, 1122833, 2, 25856071, 59541067, ...( последовательность A006130 в OEIS )
имеет (2,2)-Последовательность Фибоначчи вид
- 0, 1, 2, 6, 16, 44, 120, 328, 896, 2448, 6688, 18272, 49920, 136384, 372608, 1017984, 2781184, 7598336, 20759040, 56714752 , ... (последовательность A002605 в OEIS )
Последовательность (3,3)-Фибоначчи имеет вид
- 0, 1, 3, 12, 45, 171, 648, 2457, 9315, 35316, 133893, 507627, 1924560, 7296561, 27663363, 104879772, 397629405, 1507527531 , 5715470808, ... (последовательность A030195 в OEIS )
Числа Фибоначчи высшего порядка
[ редактировать ]Последовательность Фибоначчи порядка n — это целочисленная последовательность, в которой каждый элемент последовательности представляет собой сумму предыдущих элементы (за исключением первого элементы последовательности). Обычные числа Фибоначчи представляют собой последовательность Фибоначчи второго порядка. Случаи и были тщательно расследованы. Количество композиций целых неотрицательных чисел на части, не более представляет собой последовательность Фибоначчи порядка . Последовательность количества строк 0 и 1 длины которые содержат не более последовательные нули также являются последовательностью Фибоначчи порядка .
Эти последовательности, их предельные соотношения и предел этих предельных соотношений были исследованы Марком Барром в 1913 году. [5]
Числа Трибоначчи
[ редактировать ]Числа трибоначчи подобны числам Фибоначчи, но вместо того, чтобы начинаться с двух заранее определенных членов, последовательность начинается с трех заранее определенных членов, и каждый последующий член представляет собой сумму трех предыдущих членов. Первые несколько чисел трибоначчи:
- 0 , 0 , 1 , 1 , 2 , 4 , 7 , 13 , 24 , 44 , 81 , 149 , 274, 504, 927, 1705, 3136, 5768, 10609, 19513, 35890, 66012, … (последовательность A00 0073 в ОЭИС )
Впервые серия была формально описана Агрономом. [6] в 1914 году, [7] но первое его непреднамеренное использование находится в « Происхождении видов» Чарльза Р. Дарвина . В примере, иллюстрирующем рост популяции слонов, он опирался на расчеты, сделанные его сыном Джорджем Х. Дарвином . [8] Термин трибоначчи был предложен Фейнбергом в 1963 году. [9]
Трибоначчи Константа
- это отношение, к которому стремятся соседние числа трибоначчи. Это корень многочлена , а также удовлетворяет уравнению . Это важно при исследовании курносого куба .
Обратная константа Трибоначчи , выраженная соотношением , можно записать как:
Числа трибоначчи также определяются выражением [10]
где обозначает ближайшую целочисленную функцию и
Числа тетраначчи
[ редактировать ]Числа тетраначчи начинаются с четырех заранее определенных членов, каждый из которых впоследствии представляет собой сумму четырех предыдущих членов. Первые несколько чисел тетраначчи:
- 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 15 , 29 , 56 , 108 , 208 , 401, 773, 1490, 2872, 5536, 10671, 20569, 39648, 76424, 147312, 283953, 547337, … (последовательность A000078 в OEIS )
— Константа тетраначчи это отношение, к которому стремятся соседние числа тетраначчи. Это корень многочлена , примерно 1,927561975482925 (последовательность A086088 в OEIS ), а также удовлетворяет уравнению .
Константу тетраначчи можно выразить в радикалах следующим выражением: [11]
где,
и действительный корень кубического уравнения
Высшие заказы
[ редактировать ]Были вычислены числа Пентаначчи, гексаначчи, гептаначчи, октаначчи и эннеаначчи. Числа Пентаначчи:
- 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 31, 61, 120, 236, 464, 912, 1793, 3525, 6930, 13624, … (последовательность A001591 в OEIS )
Числа Гексаначчи:
- 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 248, 492, 976, 1936, 3840, 7617, 15109, … (последовательность A001592 в OEIS )
Числа Гептаначчи:
- 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 127, 253, 504, 1004, 2000, 3984, 7936, 15808, … (последовательность A122189 в ОЭИС )
Числа Октаначчи:
- 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 255, 509, 1016, 2028, 4048, 8080, 16128, ... ( последовательность A079262 в OEIS )
Числа Эннеаначчи:
- 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 511, 1021, 2040, 4076, 8144, 16272, .. .(последовательность A104144 в OEIS )
Предел отношения последовательных членов -ряд Наччи стремится к корню уравнения ( OEIS : A103814 , OEIS : A118427 , OEIS : A118428 ).
Альтернативная рекурсивная формула для предела отношения из двух последовательных -числа Наччи можно выразить как
- .
Особый случай это традиционный ряд Фибоначчи, дающий золотое сечение .
Приведенные выше формулы соотношения справедливы даже для -ряд Наччи, созданный из произвольных чисел. Предел этого отношения равен 2, поскольку увеличивается. Последовательность «инфиначчи», если бы ее можно было описать, после бесконечного числа нулей дала бы последовательность
- [..., 0, 0, 1,] 1, 2, 4, 8, 16, 32, …
которые представляют собой просто степени двойки .
Предел отношения для любого положительный корень характеристического уравнения [11]
Корень находится в интервале . Отрицательный корень характеристического уравнения находится в интервале (−1, 0), когда четный. Этот корень и каждый комплексный корень характеристического уравнения имеют модуль . [11]
Серия для положительного корня для любого является [11]
решение характеристического уравнения в радикалах не существует При 5 ≤ n ≤ 11 . [11]
k - й элемент последовательности n -наччи имеет вид
где обозначает ближайшую целочисленную функцию и это -константа Наччи, которая является корнем ближайший к 2.
связана Задача о подбрасывании монеты с -последовательность Наччи. Вероятность того, что нет последовательные хвосты будут встречаться в подбрасывание идеализированной монеты - это . [12]
Слово Фибоначчи
[ редактировать ]По аналогии со своим числовым аналогом слово Фибоначчи определяется следующим образом:
где обозначает объединение двух строк. Последовательность строк Фибоначчи начинается:
Длина каждой строки Фибоначчи является числом Фибоначчи, и аналогично существует соответствующая строка Фибоначчи для каждого числа Фибоначчи.
Строки Фибоначчи используются в качестве входных данных для наихудшего случая в некоторых компьютерных алгоритмах .
Если «a» и «b» представляют два разных материала или длины атомных связей, структура, соответствующая струне Фибоначчи, представляет собой квазикристалл Фибоначчи , апериодическую квазикристаллическую структуру с необычными спектральными свойствами.
Свернутые последовательности Фибоначчи
[ редактировать ]Свёрнутая последовательность Фибоначчи получается применением операции свертки к последовательности Фибоначчи один или несколько раз. В частности, определите [13]
и
Первые несколько последовательностей
- : 0, 0, 1, 2, 5, 10, 20, 38, 71, … (последовательность A001629 в OEIS ).
- : 0, 0, 0, 1, 3, 9, 22, 51, 111, … (последовательность A001628 в OEIS ).
- : 0, 0, 0, 0, 1, 4, 14, 40, 105, … (последовательность A001872 в OEIS ).
Последовательности можно рассчитать с помощью рекуррентного метода
функция Производящая эта свертка
Последовательности связаны с последовательностью полиномов Фибоначчи соотношением
где это -я производная от . Эквивалентно, коэффициент когда расширены полномочия .
Первая свертка, можно записать через числа Фибоначчи и Люка как
и следует за повторением
Подобные выражения можно найти для с возрастающей сложностью, так как увеличивается. Числа — суммы строк треугольника Хосои .
Как и в случае с числами Фибоначчи, существует несколько комбинаторных интерпретаций этих последовательностей. Например это количество способов можно записать в виде упорядоченной суммы, включающей только 0, 1 и 2, причем 0 используется ровно один раз. В частности а 2 можно записать 0 + 1 + 1 , 0 + 2 , 1 + 0 + 1 , 1 + 1 + 0 , 2 + 0 . [14]
Другие обобщения
[ редактировать ]Полиномы Фибоначчи являются еще одним обобщением чисел Фибоначчи.
Последовательность Падована генерируется повторением .
Последовательность коров Нараяны порождается повторением .
Случайную последовательность Фибоначчи можно определить, подбрасывая монету для каждой позиции. последовательности и принятия если он приземлится головой и если выпадет решка. Работа Фюрстенберга и Кестена гарантирует, что эта последовательность почти наверняка растет экспоненциально с постоянной скоростью: константа не зависит от подбрасывания монеты и была вычислена в 1999 году Дивакаром Вишванатом . Теперь она известна как постоянная Вишваната .
Repfigit , представляет собой целое число , , или число Кита такое, что когда его цифры начинают последовательность Фибоначчи с таким количеством цифр, в конечном итоге достигается исходное число. Примером является 47, потому что последовательность Фибоначчи, начинающаяся с 4 и 7 (4, 7, 11, 18, 29, 47), достигает 47. Рефигит может быть последовательностью трибоначчи, если в числе 3 цифры, числом тетраначчи, если число состоит из четырех цифр и т. д. Первые несколько повторов:
- 14, 19, 28, 47, 61, 75, 197, 742, 1104, 1537, 2208, 2580, 3684, 4788, 7385, 7647, 7909, … (последовательность A007629 в OEIS )
Поскольку множество последовательностей, удовлетворяющих соотношению замкнуто при почленном сложении и при почленном умножении на константу, его можно рассматривать как векторное пространство . Любая такая последовательность однозначно определяется выбором двух элементов, поэтому векторное пространство является двумерным . Если мы сократим такую последовательность как , последовательность Фибоначчи и сдвинутая последовательность Фибоначчи рассматриваются как каноническая основа этого пространства, что дает тождество:
для всех таких последовательностей S . Например, если S — последовательность Люка 2, 1, 3, 4, 7, 11, ... , то мы получаем
- .
N -сгенерированная последовательность Фибоначчи
[ редактировать ]Мы можем определить N -порожденную последовательность Фибоначчи (где N — положительное рациональное число ): если
где p r — - е r простое число, то мы определяем
Если , затем , и если , затем . [ нужна ссылка ]
Последовательность Н OEIS Последовательность Последовательность Фибоначчи 6 А000045 Последовательность Пелла 12 А000129 Последовательность Якобсталя 18 А001045 Сцена с коровами Нараяны 10 А000930 Падованская последовательность 15 А000931 Последовательность Пелла третьего порядка 20 А008998 Последовательность Трибоначчи 30 А000073 Последовательность Тетраначчи 210 А000288
Последовательность полуфибоначчи
[ редактировать ]Последовательность полуфибоначчи (последовательность A030067 в OEIS ) определяется с помощью той же рекурсии для термов с нечетным индексом. и , но для четных индексов , . Биссекция A030068 термов с нечетным индексом поэтому проверяет и строго возрастает . Это дает набор получисел Фибоначчи
- 1, 2, 3, 5, 6, 9, 11, 16, 17, 23, 26, 35, 37, 48, 53, 69, 70, 87, 93, 116, 119, 145, 154, ... ( последовательность A030068 в OEIS )
которые происходят как
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Триана, Хуан. Числа Негафибоначчи через матрицы. Вестник TICMI , 2019, стр. 19–24.
- ^ «Что такое число Фибоначчи? - от Гарри Дж. Смита» . 27 октября 2009 г. Архивировано из оригинала 27 октября 2009 года . Проверено 12 апреля 2022 г.
- ^ Правин Чандра и Эрик В. Вайсштейн . «Число Фибоначчи» . Математический мир .
- ^ Моррисон, Д.Р. (1980), «Массив Столарского пар Витхоффа», Сборник рукописей, связанных с последовательностью Фибоначчи (PDF) , Санта-Клара, Калифорния: Ассоциация Фибоначчи, стр. 134–136, заархивировано из оригинала (PDF) ) 4 марта 2016 г. , получено 15 июля 2012 г.
- ^ Гарднер, Мартин (1961). Научно-американская книга математических головоломок и развлечений, Vol. II . Саймон и Шустер. п. 101.
- ^ Тюэнтер, Ханс Дж. Х. (октябрь 2023 г.). «В поисках товарища Агронома: немного истории Трибоначчи». Американский математический ежемесячник . 130 (8): 708–719. дои : 10.1080/00029890.2023.2231796 . МР 4645497 .
- ^ Агрономов, М. (1914). «О повторяющемся продолжении». Матезис . 4 : 125–126.
- ^ Подани, Янош; Кун, Адам; Силадьи, Андраш (2018). «Как быстро растет популяция слонов по Дарвину?» (PDF) . Журнал истории биологии . 51 (2): 259–281. дои : 10.1007/s10739-017-9488-5 . ПМИД 28726021 . S2CID 3988121 .
- ^ Фейнберг, М. (1963). «Фибоначчи-Трибоначчи». Ежеквартальный журнал Фибоначчи . 1 : 71–74.
- ^ Саймон Плуфф, 1993
- ^ Jump up to: а б с д и Вольфрам, Д.А. (1998). «Решение обобщенных повторений Фибоначчи» (PDF) . Фиб. Кварта .
- ^ Эрик В. Вайсштейн . «Подбрасывание монеты» . Математический мир .
- ^ В. Е. Хоггатт-младший и М. Бикнелл-Джонсон, «Последовательности свертки Фибоначчи» , Fib. Кварта. , 15 (1977), стр. 117-122.
- ^ Слоан, Нью-Джерси (ред.). «Последовательность A001629» . Электронная энциклопедия целочисленных последовательностей . Фонд ОЭИС.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Число Трибоначчи» , Математическая энциклопедия , EMS Press , 2001 [1994]