Обобщения чисел Фибоначчи - Generalizations of Fibonacci numbers
В математика, то Числа Фибоначчи сформировать последовательность определенный рекурсивно к:
То есть после двух начальных значений каждое число является суммой двух предыдущих чисел.
Последовательность Фибоначчи широко изучалась и обобщалась многими способами, например, начиная с чисел, отличных от 0 и 1, путем добавления более двух чисел для генерации следующего числа или путем добавления объектов, отличных от чисел.
Расширение до отрицательных целых чисел
С помощью , можно расширить числа Фибоначчи до отрицательных целых чисел. Получаем:
- ... −8, 5, −3, 2, −1, 1, 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, ...
и .[1]
Смотрите также Негафибоначчи.
Расширение на все действительные или комплексные числа
Существует ряд возможных обобщений чисел Фибоначчи, которые включают действительные числа (а иногда сложные числа ) в их домене. Каждый из них включает Золотое сечение φ, и основаны на формуле Бине
Аналитическая функция
имеет свойство, что за четное целые числа .[2] Аналогично аналитическая функция:
удовлетворяет за странный целые числа .
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
Период, термин Последовательность Фибоначчи также применяется в более общем смысле к любому функция от целых чисел до поля, для которого . Эти функции в точности имеют вид , поэтому последовательности Фибоначчи образуют векторное пространство с функциями и как основу.
В более общем смысле, диапазон может считаться любым абелева группа (рассматривается как Z-модуль ). Тогда последовательности Фибоначчи образуют двумерный -модуль таким же образом.
Подобные целочисленные последовательности
Целочисленные последовательности Фибоначчи
Двумерный -модуль Фибоначчи целочисленные последовательности состоит из всех целочисленных последовательностей, удовлетворяющих . Выражаясь двумя исходными значениями, мы имеем:
куда это золотое сечение.
Отношение между двумя последовательными элементами сходится к золотому сечению, за исключением случая последовательности, которая постоянно равна нулю, и последовательностей, где отношение двух первых членов равно .
Последовательность можно записать в виде
в котором если и только если . В таком виде простейший нетривиальный пример имеет , которая представляет собой последовательность Числа Лукаса:
У нас есть и . Свойства включают:
Каждая нетривиальная целочисленная последовательность Фибоначчи появляется (возможно, после сдвига на конечное число позиций) как одна из строк таблицы Массив Wythoff. Сама последовательность Фибоначчи является первой строкой, а смещение последовательности Люка - второй строкой.[4]
Смотрите также Целочисленные последовательности Фибоначчи по модулю п.
Последовательности Лукаса
Другое обобщение последовательности Фибоначчи - это Последовательности Лукаса следующего вида:
- ,
где нормальная последовательность Фибоначчи - частный случай и . Другой вид последовательности Лукаса начинается с , . Такие последовательности имеют приложения в теории чисел и первобытность доказывая.
Когда , эта последовательность называется п-Последовательность Фибоначчи, Например, Последовательность Пелля также называется 2-последовательность Фибоначчи.
В 3-последовательность Фибоначчи является
- 0, 1, 3, 10, 33, 109, 360, 1189, 3927, 12970, 42837, 141481, 467280, 1543321, 5097243, 16835050, 55602393, 183642229, 606529080, ... (последовательность A006190 в OEIS )
В 4-последовательность Фибоначчи является
- 0, 1, 4, 17, 72, 305, 1292, 5473, 23184, 98209, 416020, 1762289, 7465176, 31622993, 133957148, 567451585, 2403763488, ... (последовательность A001076 в OEIS )
В 5-последовательность Фибоначчи является
- 0, 1, 5, 26, 135, 701, 3640, 18901, 98145, 509626, 2646275, 13741001, 71351280, 370497401, 1923838285, 9989688826, ... (последовательность A052918 в OEIS )
В 6-последовательность Фибоначчи является
- 0, 1, 6, 37, 228, 1405, 8658, 53353, 328776, 2026009, 12484830, 76934989, 474094764, 2921503573, 18003116202, ... (последовательность A005668 в OEIS )
В п-Постоянная Фибоначчи отношение, к которому соседние - числа Фибоначчи имеют тенденцию; его также называют пth металлическое средство, и это единственный положительный корень из . Например, случай является , или Золотое сечение, а случай является , или соотношение серебра. Как правило, случай является .[нужна цитата ]
В общем, можно назвать (п,−Q)-Последовательность Фибоначчи, и V(п) можно назвать (п,−Q)-Последовательность Лукаса.
В (1,2) -Последовательность Фибоначчи является
- 0, 1, 1, 3, 5, 11, 21, 43, 85, 171, 341, 683, 1365, 2731, 5461, 10923, 21845, 43691, 87381, 174763, 349525, 699051, 1398101, 2796203, 5592405, 11184811, 22369621, 44739243, 89478485, ... (последовательность A001045 в OEIS )
В (1,3) -Последовательность Фибоначчи является
- 1, 1, 4, 7, 19, 40, 97, 217, 508, 1159, 2683, 6160, 14209, 32689, 75316, 173383, 399331, 919480, 2117473, 4875913, 11228332, 25856071, 59541067, ... ( последовательность A006130 в OEIS )
В (2,2) -Последовательность Фибоначчи является
- 0, 1, 2, 6, 16, 44, 120, 328, 896, 2448, 6688, 18272, 49920, 136384, 372608, 1017984, 2781184, 7598336, 20759040, 56714752, ... (последовательность A002605 в OEIS )
В (3,3) -Последовательность Фибоначчи является
- 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
А Последовательность порядка Фибоначчи п представляет собой целочисленную последовательность, в которой каждый элемент последовательности является суммой предыдущих элементы (за исключением первого элементы в последовательности). Обычные числа Фибоначчи представляют собой последовательность Фибоначчи порядка 2. Случаи и были тщательно исследованы. Количество композиции неотрицательных целых чисел на части, не более чем последовательность Фибоначчи порядка . Последовательность количества строк длины нулей и единиц которые содержат не более последовательные нули также являются последовательностью порядка Фибоначчи .
Эти последовательности, их предельные отношения и предел этих предельных соотношений были исследованы Марк Барр в 1913 г.[5]
Числа Трибоначчи
В числа трибоначчи похожи на числа Фибоначчи, но вместо того, чтобы начинать с двух предопределенных членов, последовательность начинается с трех предопределенных членов, и каждое последующее слагаемое является суммой предыдущих трех 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 A000073 в OEIS )
Впервые серию официально описал Агрономоф в 1914 г.[6] но его первое непреднамеренное использование находится в Происхождение видов к Чарльз Р. Дарвин. В примере, иллюстрирующем рост популяции слонов, он опирался на расчеты, сделанные его сыном: Джордж Х. Дарвин.[7] Период, термин трибоначчи был предложен Файнбергом в 1963 году.[8]
В постоянная трибоначчи
- отношение, к которому стремятся соседние числа трибоначчи. Это корень многочлена , а также удовлетворяет уравнению . Это важно при изучении курносый куб.
В величина, обратная постоянной трибоначчи, выражаемый соотношением , можно записать как:
Числа трибоначчи также даются[9]
куда обозначает ближайшая целочисленная функция и
Числа Тетраначчи
В числа тетраначчи начните с четырех заранее определенных членов, каждое из которых впоследствии является суммой предыдущих четырех 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 )
В постоянная тетраначчи - отношение, к которому стремятся соседние числа тетраначчи. Это корень многочлена , примерно 1.927561975482925 OEIS: A086088, а также удовлетворяет уравнению .
Константа тетраначчи выражается в радикалах соотношением[10]
куда
Высшие порядки
Были вычислены числа пентаначчи, гексаначчи и гептаначчи. 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 Гексаначи:
- 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 OEIS )
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 двух последовательных -nacci числа могут быть выражены как
- .
Особый случай - традиционный ряд Фибоначчи, дающий золотое сечение .
Приведенные выше формулы для отношения справедливы даже для -nacci серии, генерируемые из произвольных чисел. Предел этого отношения равен 2, поскольку увеличивается. Последовательность "бесконечности", если ее можно описать, после бесконечного числа нулей дала бы последовательность
- [..., 0, 0, 1,] 1, 2, 4, 8, 16, 32, …
которые просто силы двух.
Предел соотношения для любого положительный корень характеристического уравнения[10]
Корень находится в интервал . Отрицательный корень характеристического уравнения находится в интервале (−1, 0), когда даже. Этот корень и каждый комплексный корень характеристического уравнения имеет модуль .[10]
Серия для положительного корня для любого является[10]
Не существует решения характеристического уравнения в радикалах, когда 5 ≤ п ≤ 11.[10]
В kй элемент п-nacci последовательность дается
куда обозначает ближайшую целочисленную функцию и это -nacci Константа, которая является корнем ближайший к 2.[11]
А проблема подбрасывания монеты относится к -nacci последовательность. Вероятность того, что нет последовательные хвосты будут происходить в подбрасывание идеализированной монеты - это .[12]
Слово Фибоначчи
По аналогии со своим числовым аналогом, Слово Фибоначчи определяется:
куда обозначает конкатенацию 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 появляются как входные данные для худший случай в некоторых компьютерные алгоритмы.
Если «a» и «b» представляют два разных материала или длины атомных связей, структура, соответствующая строке Фибоначчи, является Квазикристалл Фибоначчи, апериодический квазикристалл структура с необычными спектральный характеристики.
Свернутые последовательности Фибоначчи
А свернутая последовательность Фибоначчи получается с применением свертка операцию с последовательностью 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 могут быть рассчитаны с использованием повторения
В производящая функция из th свертка
Последовательности относятся к последовательности Полиномы Фибоначчи отношением
куда это -я производная от . Эквивалентно, коэффициент при когда расширяется в полномочиях .
Первая свертка, можно записать в терминах чисел Фибоначчи и Люка как
и следует за повторением
Подобные выражения можно найти для с возрастающей сложностью как увеличивается. Цифры суммы строк Треугольник Хосои.
Как и в случае с числами Фибоначчи, существует несколько комбинаторных интерпретаций этих последовательностей. Например это количество способов может быть записана как упорядоченная сумма, включающая только 0, 1 и 2, причем 0 используется ровно один раз. Особенно и 2 можно написать 0 + 1 + 1, 0 + 2, 1 + 0 + 1, 1 + 1 + 0, 2 + 0.[14]
Другие обобщения
В Полиномы Фибоначчи являются еще одним обобщением чисел Фибоначчи.
В Падованская последовательность порождается повторением .
В Коровы Нараяны последовательность генерируется повторением .
А случайная последовательность Фибоначчи можно определить, бросая монету за каждую позицию последовательности и взяв если он приземлится 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 рассчитана в 1999 г. Дивакар Вишванатх. Теперь он известен как Постоянная Вишваната.
А переоборудовать, или же Номер Кита, является целым числом, такое, что, когда его цифры начинают последовательность Фибоначчи с этим количеством цифр, в конечном итоге достигается исходное число. Например, 47, потому что последовательность Фибоначчи, начинающаяся с 4 и 7 (4, 7, 11, 18, 29, 47) достигает 47. Повторная конфигурация может быть последовательностью трибоначчи, если число состоит из 3 цифр, числом тетраначчи, если число состоит из четырех цифр, и т. д. Первые несколько повторений:
- 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, а 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 смещенная последовательность Фибоначчи рассматриваются как каноническая основа этого пространства, дающая тождество:
для всех таких последовательностей S. Например, если S последовательность Лукаса 2, 1, 3, 4, 7, 11, ..., то получаем
- .
N-генерированная последовательность Фибоначчи
Мы можем определить N-генерированная последовательность Фибоначчи (куда N положительное рациональное число): если
куда пр это рth простое, то определим
Если , тогда , и если , тогда .[нужна цитата ]
Последовательность N OEIS последовательность Последовательность Фибоначчи 6 A000045 Последовательность Пелля 12 A000129 Последовательность Якобсталя 18 A001045 Последовательность трибоначчи 30 A000073 Последовательность тетраначчи 210 A000288 Падованская последовательность 15 A000931 Последовательность коров Нараяны 10 A000930
Полуфибоначчи последовательность
В полуфибоначчи последовательность (последовательность A030067 в OEIS ) определяется с помощью той же рекурсии для терминов с нечетным индексом и , но для четных индексов , . Биссекция A030068 нечетно проиндексированных терминов поэтому проверяет и строго увеличивается. Это дает набор полу-числа 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 .
Рекомендации
- ^ Триана, Хуан. Числа Негафибоначчи через матрицы. Бюллетень TICMI, 2019, стр. 19-24.
- ^ Что такое число Фибоначчи?
- ^ Правин Чандра и Эрик В. Вайсштейн. «Число Фибоначчи». MathWorld.
- ^ Моррисон, Д. Р. (1980), "Массив Столярского пар Уайтхофф", Коллекция рукописей, относящихся к последовательности Фибоначчи (PDF), Санта-Клара, Калифорния: Ассоциация Фибоначчи, стр. 134–136, архивировано с оригинал (PDF) на 2016-03-04, получено 2012-07-15.
- ^ Гарднер, Мартин (1961). Книга "Математические головоломки и решения" в журнале Scientific American, Vol. II. Саймон и Шустер. п. 101.
- ^ Агрономоф М. (1914). "Sur une suite re´currente". Матезис. 4: 125–126.
- ^ Подани, Янош; Кун, Адам; Szilágyi, András (2018). "Насколько быстро растет популяция дарвиновских слонов?" (PDF). Журнал истории биологии. 51 (2): 259–281. Дои:10.1007 / s10739-017-9488-5.
- ^ Файнберг, М. (1963). «Фибоначчи-Трибоначчи». Ежеквартальный отчет Фибоначчи. 1: 71–74.
- ^ Саймон Плафф, 1993
- ^ а б c d е Вольфрам, Д.А. (1998). «Решение обобщенных повторений Фибоначчи» (PDF). Фиб. Кварта.
- ^ Ду, Чжао Хуэй, 2008 г.
- ^ Эрик В. Вайсштейн. "Подбрасывание монет". MathWorld.
- ^ В. Э. Хоггатт-младший и М. Бикнелл-Джонсон, «Последовательности свертки Фибоначчи», Фиб. Кварта., 15 (1977), стр. 117-122.
- ^ Слоан, Н. Дж. А. (ред.). «Последовательность A001629». В Он-лайн энциклопедия целочисленных последовательностей. Фонд OEIS.
внешняя ссылка
- «Число Трибоначчи», Энциклопедия математики, EMS Press, 2001 [1994]