Általános Fibonacci-számok

A Fibonacci-számok egy rekurzió által meghatározott sorozatot alkotnak

egész számra .

Vagyis két kezdőértékből kiindulva mindegyik szám egyenlő az előző két érték összegével.

A Fibonacci-sorozatot alaposan tanulmányozták és sokféleképpen általánosították, például a sorozatot 0-tól vagy 1-től eltérő számokkal kezdik, vagy kettőnél több megelőző számot hozzáadva a következő számhoz. Ez a cikk a Fibonacci-számok különféle kiterjesztéseit és általánosításait ismerteti.

Kiterjesztés negatív számokra

Ha rekurziót használ , a Fibonacci-számokat negatív számokra is kiterjesztheti. Kapunk:

... −8, 5, −3, 2, −1, 1, 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, ...

általános kifejezési képlettel .

Lásd még Negafibonacci számokat .

Kiterjesztés valós és komplex számokra

Számos általánosítás lehetséges, amelyek kiterjesztik a Fibonacci-számokat a valós számokra (és néha a komplex számokra ). A φ aranymetszetet használják , és Binet képletén alapulnak

Analitikus funkció

rendelkezik azzal a tulajdonsággal, hogy páros egész számok esetén n [1] . Hasonlóképpen az analitikus funkcióhoz is

minden n páratlan egész számra érvényes .

Mindezt összeadva megkapjuk az analitikus függvényt

amelyre teljesül minden n egész számra [2] .

Mivel minden z komplex számra ez a függvény a Fibonacci-sorozat kiterjesztését is megadja a teljes komplex síkra. Így kiszámíthatjuk az általánosított Fibonacci-függvényt egy komplex változóra, pl.

Vektor tér

A Fibonacci-sorozat kifejezés bármely g függvényre alkalmazható, amely egy egész változót képez le valamilyen mezőre, amelyre . Ezek a függvények pontosan az alak függvényei , tehát a Fibonacci-sorozatok egy vektorteret alkotnak, melynek alapja az és függvények .

Bármely Abel-csoport (ezt Z - modulnak tekintjük ) a g függvény tartományának tekinthető . Ekkor a Fibonacci sorozatok egy 2-dimenziós Z - modult alkotnak.

Hasonló egész sorozatok

Egész számú Fibonacci sorozatok

A Fibonacci-egészek sorozatainak 2-dimenziós Z -modulja az összes olyan egész sorozatból áll, amely kielégíti a relációt . Az első két kezdőértékkel kifejezve azt kapjuk

ahol φ az aranymetszés.

Két egymást követő elem aránya az aranymetszethez konvergál, kivéve a nullákból álló sorozatot és olyan sorozatot, amelyben az első két tag aránya egyenlő .

A sorozat így írható fel

amelyben akkor és csak akkor . Ebben a formában a legegyszerűbb, nem triviális példa, és ez a sorozat Lucas-számokból áll :

Van és . Teljesített:

Fibonacci egész számok nem triviális sorozata (esetleg véges számú pozíció eltolása után) a Wythoff-tábla egyik sora . Maga a Fibonacci sorozat az első sor, az eltolt Lucas sorozat pedig a második sor [3] .

Lásd még : Fibonacci-számok modulo n sorozatai .

Luke sorozatok

A Fibonacci-szekvenciák másik általánosítása a Lucas-szekvenciák , amelyeket a következőképpen határozunk meg:

, , ,

ahol a szokásos Fibonacci-sorozat egy speciális eset a és -vel . Egy másik Luke szekvencia , -vel kezdődik . Az ilyen sorozatokat a számelméletben és a primalitástesztben alkalmazzák .

Abban az esetben, ha , ezt a sorozatot P -Fibonacci sorozatnak nevezzük . Például a Pell -szekvenciát Fibonacci 2-szekvenciának is nevezik .

3-Fibonacci sorozat

3 _ _ _

4-Fibonacci sorozat

3 _ _ _

5-Fibonacci szekvencia

0, 1, 5, 26, 135, 701, 3640, 18901, 98145, 509626, 2646275, 13741001 , 71351280 .

6-Fibonacci szekvencia

0, 1, 6, 37, 228, 1405, 8658, 53353, 328776, 2026009, 12484830, 76934989, 474094764, 29215094764 , O. szekvencia

Az n -Fibonacci-állandó az az érték, amelyre az n - Fibonacci sorozatszomszédos számainak arányaAz értékes fém n -edik arányának is nevezikés ez az egyenlet egyetlen pozitív gyöke. Például abban az esetben, haa konstans, vagy az aranymetszet , és abban az esetben, haa konstans 1 + 2 , vagy az ezüstmetszet . Általános esetben az n - konstans.

Általános esetben nevezhetjük - Fibonacci szekvenciának , vagy Lucas -sorozatnak .

(1,2)-Fibonacci szekvencia

0 1 1 3 5 11 21 43 85 171 341 683 1365 2731 5461 10923 21845 43691 87381 174763 349525 A szekvencia

(1,3)-Fibonacci szekvencia

A006130 sorozat az OEIS -ben

(2,2)-Fibonacci szekvencia

3 _ _ _

(3,3)-Fibonacci szekvencia

0, 1, 3, 12, 45, 171, 648, 2457, 9315, 35316, 133893, 507627, 1924560, 7296561, 27666363, 104879772, 397629405 , 1507527531, 5715470808 , …

Magas rendű Fibonacci számok

Az n rendű Fibonacci sorozat egész számok sorozata, amelyben minden elem az előző n elem összege (a sorozat első n elemének kivételével). A közönséges Fibonacci-számok 2-es sorrendűek. Az eseteket gondosan kivizsgálják. A nem negatív egész számok n-et meg nem haladó részekre való faktorizálásának száma az n rendű Fibonacci sorozat . A legfeljebb n egymást követő nullát tartalmazó 0 és 1 m hosszúságú karakterláncok utódja szintén egy n rendű Fibonacci sorozat .

Ezeket a sorozatokat, azok távkapcsolati korlátait és tagkapcsolati határait Mark Barr tanulmányozta 1913-ban [4] .

Tribonacci számok

A Tribonacci-számok hasonlóak a Fibonacci-számokhoz, de két előre meghatározott szám helyett a sorozat három számmal kezdődik, és minden következő tag az előző három összege:

2 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Tribonacci állandó

A058265 szekvencia az OEIS -ben

az az érték, amelyre két szomszédos tribonacci-szám aránya hajlik. A szám a polinom gyöke, és egyben kielégíti az egyenletet is . A tribonacci állandó fontos a snub- kocka tanulmányozásában .

A tribonacci állandó reciprokát arányban kifejezve a következőképpen írhatjuk fel:

A Tribonacci-számokat az [5] képlet is megadja

,

ahol ⌊ • ⌉ jelenti a legközelebbi egész számot és

. Tetranacci számok

A tetranacci számok négy előre meghatározott taggal kezdődnek, és minden következő tag a sorozat előző négy tagjának összegeként kerül kiszámításra. Az első néhány tetranacci szám:

0,0,0,1,1,2,4,8,15,29,56,108,208,401,773,1490,2872,5536,10671,20569,39648,76424,147312,283953,147312,283953 , _ _57_3_7 , _ _ _ _ ( A000078 sorozat az OEIS -ben )

A tetranacci-állandó az az érték, amelyre a tetranacci-szekvencia szomszédos tagjainak aránya hajlik. Ez az állandó a polinom gyöke, és megközelítőleg egyenlő 1,927561975482925 A086088 értékkel , és kielégíti az egyenletet .

A tetranacci állandót gyökökben fejezzük ki [6]

ahol

Magasabb megrendelések

Kiszámoltuk a pentanaccusok (5. rendű), hexanaccusok (6. rendű) és heptanaccusok (7. rendű) számát.

Pentacci számok (5. rend):

0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 31, 61, 120, 236, 464, 912, 1793, 3525, 6930, 13624, ... OEIS sorozat A001591

Hexanacci számok (6. rend):

0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 248, 492, 976, 1936, 3840, 7617, 15109, ... OEIS sorozat A001592

Heptanacci számok (7. rend):

0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 127, 253, 504, 1004, 2000, 3984, 7936, 15808, ... OEIS891 szekvencia

Octacci-számok (8. rend):

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 255, 509, 1016, 2028, 4048, 8080, 16128, ... sorozat A079262 az OEIS -ben

Nonacci számok (9. sorrend):

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 511, 1021, 2040, 4076, 8144, 16272,. .szekvencia A104144 az OEIS -ben

Egy n -nacci sorozat egymást követő tagjainak arányának határa az ( A103814 , A118427 , A118428 ) egyenlet gyökeréhez nyúlik.

Alternatív rekurzív képlet két egymást követő n -nacci szám r arányának határára

.

Speciális eset a hagyományos Fibonacci sorozat és az aranymetszés adja meg .

A fenti arányképletek tetszőleges számokból előállított n -nacci sorozatokra érvényesek. Ennek az aránynak a határa 2, mivel n a végtelen felé hajlik. A "végtelenül-nacci" számsorozatnak, ha megpróbálja leírni, végtelen számú nullával kell kezdődnie, ami után egy sorozatnak kell lennie.

[..., 0, 0, 1,] 1, 2, 4, 8, 16, 32, …,

vagyis egyszerűen kettő hatványai.

Bármelyik sorozat korlátja az r karakterisztikus egyenlet pozitív gyöke [6]

Az r gyök az intervallumban van . A karakterisztikus egyenlet negatív gyöke a (−1, 0) intervallumban van, ha n páros. Ennek a gyöknek és a karakterisztikus egyenlet minden összetett gyökének modulusa van [6] .

Egy pozitív r gyök szekvenciája bármely [6]

A karakterisztikus egyenletnek nincs megoldása gyökök szempontjából, ha [6] .

az n -nacci sorozat k -edik elemét a képlet adja meg

ahol ⌊ • ⌉ jelenti a legközelebbi egész számot és r az n -nacci állandót, amely a 2-hez legközelebb eső gyök [7] .

Az érmefeldobási probléma az n -nacci sorozathoz kapcsolódik. Annak a valószínűsége, hogy egy ideális érme m dobásában a farok nem jön fel n alkalommal egymás után , [8] .

A Fibonacci szó

A numerikus analóghoz hasonlóan a Fibonacci szót a következőképpen határozzuk meg

ahol a + két karakterlánc összefűzését jelenti. A Fibonacci karakterlánc sorozat ezzel kezdődik

b, a, ab, aba, abaab, abaababa, abaababaabaab, … OEIS sorozat A106750

Minden Fibonacci karakterlánc hossza megegyezik a Fibonacci számmal, és minden Fibonacci számhoz tartozik egy Fibonacci karakterlánc.

Egyes algoritmusok esetében a Fibonacci karakterláncok a legrosszabb eset bemenetei .

Ha "a" és "b" két különböző anyagot vagy atomi kötéshosszt jelöl, a Fibonacci húrnak megfelelő szerkezet egy Fibonacci kvázikristály , egy nem periodikus kvázikristály szerkezet, szokatlan spektrális tulajdonságokkal.

Hajtogatott Fibonacci sorozatok

A hajtogatott Fibonacci-szekvenciát úgy kapjuk meg, hogy egyszer vagy többször alkalmazzuk a hajtási műveletet a Fibonacci-szekvenciára. Határozza meg [9] :

és

Az első néhány sorozat

r = 1: 0, 0, 1, 2, 5, 10, 20, 38, 71, ... A001629 . r = 2: 0, 0, 0, 1, 3, 9, 22, 51, 111, ... A001628 . r = 3: 0, 0, 0, 0, 1, 4, 14, 40, 105, ... A001872 .

A sorozatok a rekurzív képlet segítségével számíthatók ki

Az r -edik konvolúció generáló függvénye az

A sorozatokat a Fibonacci-polinomok sorozatához a reláció kapcsolja

ahol az r -edik származéka . Ezzel egyenértékű együttható , ha hatványainak összegeként bővítjük .

Az első konvolúció Fibonacci és Lucas számokkal írható fel

és kielégíti az ismétlődési relációt

Hasonló kifejezés található r > 1 esetén is, az r növekedésével egyre bonyolultabb . A számok a Hosoya-háromszög sorainak összegei .

A Fibonacci-számokhoz hasonlóan ezeknek a sorozatoknak is van néhány kombinatorikus értelmezése. Például az, hogy hány módot írhatunk fel n − 2 -t a 0, 1 és 2 számok rendezett összegeként, ahol a 0-t pontosan egyszer használjuk. Konkrétan a 4 - 2 = 2 0 + 1 + 1 , 0 + 2 , 1 + 0 + 1 , 1 + 1 + 0 , 2 + 0 . [tíz]

Egyéb általánosítások

A Fibonacci-polinomok a Fibonacci-számok másik általánosítása.

A Padovan sorozatot az ismétlődési reláció alkotja .

A véletlenszerű Fibonacci-szekvencia úgy definiálható, mint egy érme feldobása a sorozat minden egyes n pozíciójához , és választása fejek és afarok esetében. Furstenberg és Kesten munkája szerint ez a sorozat szinte biztosan állandó ütemben exponenciálisan növekszik. A növekedési sebességi állandót 1999-ben Diwakar Viswanath számolta ki, és „ Viswanath állandó ” néven ismert.

A Repfigit vagy Keith-szám egy egész szám, amely a Fibonacci-sorozatból származik, amely a szám számjegyeinek sorozatát reprezentáló számsorozattal kezdődik. Például a 47-es szám esetében a Fibonacci-sorozat 4-gyel és 7-tel kezdődik, és hatodik tagként a 47-et tartalmazza ( (4, 7, 11, 18, 29, 47) ). A bálnaszámot megkaphatjuk tribonacci sorozatként, ha 3 számjegyet tartalmaz, tetranacci sorozatként, ha a szám 4 számjegyet tartalmaz stb. A bálna első néhány száma:

14, 19, 28, 47, 61, 75, 197, 742, 1104, 1537, 2208, 2580, 3684, 4788, 7385, 7647, 7909, ... OEIS szekvencia A007629

Mivel az összefüggést kielégítő sorozatok halmaza elemenkénti összeadás és konstans szorzás esetén zárva van, vektortérnek tekinthető . Bármely ilyen sorozatot egyértelműen meghatároz két elem választása, tehát a vektortér kétdimenziós. Ha egy ilyen sorozatot (a sorozat első két tagjával) jelölünk, akkor a Fibonacci-számok és az eltolt Fibonacci -számok lesznek ennek a térnek a kanonikus alapja.

minden ilyen sorozatra S. Például, ha S a Lucas sorozat 2, 1, 3, 4, 7, 11, ... , akkor

.

N által generált Fibonacci szekvencia

Definiálhatunk egy N - generált Fibonacci sorozatot (ahol N egy pozitív racionális szám).

Ha egy

ahol P r az r -edik prím, definiáljuk

Ha , feltételezzük , és abban az esetben feltételezzük .

Utóbbi N OEIS sorozat
Fibonacci sorozat 6 A000045
Pell szekvencia 12 A000129
Jacobsthal sorozat tizennyolc A001045
Tribonacci sorozat harminc A000073
Tetranacci szekvencia 210 A000288
Padovan sorozat tizenöt A000931

Félig Fibonacci sorozat

A félfibbonaci szekvenciát ( A030067 ) ugyanaz a rekurzív képlet határozza meg a páratlan és indexű kifejezések esetén , de páros indexeknél , . A megkülönböztetett páratlan kifejezések ( A030068 ) kielégítik az egyenletet , és szigorúan növekszenek. Nagyon sok félfibonacci számot adnak

1, 2, 3, 5, 6, 9, 11, 16, 17, 23, 26, 35, 37, 48, 53, 69, 70, 87, 93, 116, 119, 145, 154, ... sorozat A030068 az OEIS -ben _

amelyre igaz a képlet .

Jegyzetek

  1. Mi az a Fibonacci-szám?
  2. Pravin Chandra, Eric W. Weisstein . Fibonacci szám  (angolul) a Wolfram MathWorld weboldalán .
  3. Morrison, 1980 , p. 134–136.
  4. Gardner, 1961 , p. 101.
  5. Simon Plouffe, 1993 . Letöltve: 2022. július 20. Az eredetiből archiválva : 2022. július 11.
  6. 1 2 3 4 5 Wolfram, 1998 .
  7. Du, Zhao Hui, 2008
  8. ↑ Eric W. Weisstein Érmefeldobás  a Wolfram MathWorldnél .
  9. Hoggatt, Bicknell-Johnson, 1977 , p. 117-122.
  10. Sloane's A001629 archiválva : 2017. október 12. a Wayback Machine -nál . Integer Sequences On - Line Encyclopedia of Integer Sequences . OEIS Alapítvány.

Irodalom

Linkek