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  • 斐波那契数列

    斐波那契数列(Fibonacci sequence),又称黄金分割数列、因数学家列昂纳多·斐波那契(Leonardoda Fibonacci)以兔子繁殖为例子而引入,故又称为“兔子数列”,指的是这样一个数列:0、1、1、2、3、5、8、13、21、34、……在数学上,斐波纳契数列以如下被以递归的方法定义:F(0)=0,F(1)=1,F(n)=F(n-1)+F(n-2)(n≥2,n∈N*)在现代物理、准晶体结构、化学等领域,斐波纳契数列都有直接的应用。

    公式:F[n]=F[n-1]+F[n-2](n>=2,F[0]=0,F[1]=1)

    斐波那契数列指的是这样一个数列 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233,377,610,987,1597,2584,4181,6765,10946,17711,28657,46368........
    这个数列从第3项开始,每一项都等于前两项之和。
    特别指出:第1项是0,第2项是第一个1。

    递推公式

    斐波那契数列:0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, ...
    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(n)=F(n-1)+F(n-2)
    显然这是一个线性递推数列

    通项公式

    (如上,又称为“比内公式”,是用无理数表示有理数的一个范例。)
    注:此时 
     
     

    通项公式推导

    方法一:利用特征方程(线性代数解法)
    线性递推数列特征方程为:   
      
      解得   
      
      
    .   则
      
      ∵
      
      ∴
      
         解得
      
      
    方法二:待定系数法构造等比数列1(初等代数解法)
    设常数
      
      
    .
    使得
     
      
     
     
    时,有
    ……
    联立以上n-2个式子,得:
      
     
    上式可化简得:
    那么
    ……
    (这是一个以
      
    为首项、以
      
    为末项、
      
    为公比的等比数列的各项的和)。
     
      
    的解为
     
     
     

    与黄金分割

    编辑

    关系

    有趣的是,这样一个完全是自然数的数列,通项公式却是用无理数来表达的。而且当n趋向于无穷大时,前一项与后一项的比值越来越逼近黄金分割0.618(或者说后一项与前一项的比值小数部分越来越逼近0.618)。
    1÷1=1,1÷2=0.5,2÷3=0.666...,3÷5=0.6,5÷8=0.625…………,55÷89=0.617977……………144÷233=0.618025…46368÷75025=0.6180339886…...
    越到后面,这些比值越接近黄金比.

    证明

    a[n+2]=a[n+1]+a[n]。
    两边同时除以a[n+1]得到:
    a[n+2]/a[n+1]=1+a[n]/a[n+1]。
    若a[n+1]/a[n]的极限存在,设其极限为x,
    则lim[n->;;∞](a[n+2]/a[n+1])=lim[n->;;∞](a[n+1]/a[n])=x。
    所以x=1+1/x。
    即x²=x+1。
    所以极限是黄金分割比..
     

    平方与前后项

    从第二项开始,每个奇数项的平方都比前后两项之积少1,每个偶数项的平方都比前后两项之积多1。
    如:第二项1的平方比它的前一项1和它的后一项2的积2少1,第三项2的平方比它的前一项1和它的后一项3的积3多1。
    (注:奇数项和偶数项是指项数的奇偶,而并不是指数列的数字本身的奇偶,比如从数列第二项1开始数,第4项5是奇数,但它是偶数项,如果认为5是奇数项,那就误解题意,怎么都说不通)
    证明经计算可得:[f(n)]^2-f(n-1)f(n+1)=(-1)^(n-1)

    与集合子集

    斐波那契数列的第n+2项同时也代表了集合{1,2,...,n}中所有不包含相邻正整数子集个数。

    奇数项求和

    偶数项求和

    平方求和

    隔项关系

    f(2n-2m-2)[f(2n)+f(2n+2)]=f(2m+2)+f(4n-2m) [ n〉m≥-1,且n≥1]
     

    两倍项关系

    f(2n)/f(n)=f(n-1)+f(n+1)

    其他公式

    质数数量

    斐波那契数列的整除性与素数生成性
    每3个连续的数中有且只有一个被2整除,
    每4个连续的数中有且只有一个被3整除,
    每5个连续的数中有且只有一个被5整除,每6个连续的数中有且只有一个被8整除,
    每7个连续的数中有且只有一个被13整除,
    每8个连续的数中有且只有一个被21整除,
    每9个连续的数中有且只有一个被34整除,
    .......
    我们看到第5、7、11、13、17、23位分别是素数:5,13,89,233,1597,28657(第19位不是)
    斐波那契数列的素数无限多吗?

    尾数循环

    斐波那契数列的个位数:一个60步的循环
    11235,83145,94370,77415,61785.38190,
    99875,27965,16730,33695,49325,72910…
    进一步,斐波那契数列的最后两位数是一个300步的循环,最后三位数是一个1500步的循环,最后四位数是一个15000步的循环,最后五位数是一个150000步的循环。
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