Обобщения чисел Фибоначчи

Математические последовательности

В математике числа Фибоначчи образуют последовательность, определяемую рекурсивно следующим образом:

Ф н = { 0 н = 0 1 н = 1 Ф н 1 + Ф н 2 н > 1 {\displaystyle F_{n}={\begin{cases}0&n=0\\1&n=1\\F_{n-1}+F_{n-2}&n>1\end{cases}}}

То есть после двух начальных значений каждое число представляет собой сумму двух предыдущих чисел.

Последовательность Фибоначчи была тщательно изучена и обобщена многими способами, например, начиная с чисел, отличных от 0 и 1, добавляя более двух чисел для получения следующего числа или добавляя объекты, отличные от чисел.

Расширение на отрицательные целые числа

Используя , можно расширить числа Фибоначчи до отрицательных целых чисел . Итак, получаем: Ф н 2 = Ф н Ф н 1 {\displaystyle F_{n-2}=F_{n}-F_{n-1}}

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

и . [1] Ф н = ( 1 ) н + 1 Ф н {\displaystyle F_{-n}=(-1)^{n+1}F_{n}}

См. также Негафибоначчиевое кодирование .

Расширение на все действительные или комплексные числа

Существует ряд возможных обобщений чисел Фибоначчи, которые включают действительные числа (а иногда и комплексные числа ) в их области. Каждое из них включает золотое сечение φ и основано на формуле Бине

Ф н = φ н ( φ ) н 5 . {\displaystyle F_{n}={\frac {\varphi ^{n}-(-\varphi )^{-n}}{\sqrt {5}}}.}

Аналитическая функция

Фе ( х ) = φ х φ х 5 {\displaystyle \operatorname {Fe} (x)={\frac {\varphi ^{x}-\varphi ^{-x}}{\sqrt {5}}}}

имеет свойство, что для четных целых чисел . [2] Аналогично, аналитическая функция: Фе ( н ) = Ф н {\displaystyle \operatorname {Fe} (n)=F_{n}} н {\displaystyle n}

Фо ( х ) = φ х + φ х 5 {\displaystyle \operatorname {Fo} (x)={\frac {\varphi ^{x}+\varphi ^{-x}}{\sqrt {5}}}}

удовлетворяет для нечетных целых чисел . Фо ( н ) = Ф н {\displaystyle \operatorname {Fo} (n)=F_{n}} н {\displaystyle n}

Наконец, собрав все это вместе, получим аналитическую функцию

Фиб ( х ) = φ х потому что ( х π ) φ х 5 {\displaystyle \operatorname {Фибо} (x)={\frac {\varphi ^{x}-\cos(x\pi )\varphi ^{-x}}{\sqrt {5}}}}

удовлетворяет для всех целых чисел . [3] Фиб ( н ) = Ф н {\displaystyle \operatorname {Фибо} (n)=F_{n}} н {\displaystyle n}

Так как 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, Фиб ( з + 2 ) = Фиб ( з + 1 ) + Фиб ( з ) {\displaystyle \operatorname {Fib} (z+2) = \operatorname {Fib} (z+1)+\operatorname {Fib} (z)} з {\displaystyle z}

Фиб ( 3 + 4 я ) 5248.5 14195.9 я {\displaystyle \operatorname {Фибо} (3+4i)\approx -5248.5-14195.9i}

Вектор пространства

Термин последовательность Фибоначчи также применяется в более общем смысле к любой функции от целых чисел до поля , для которого . Эти функции являются в точности функциями вида , поэтому последовательности Фибоначчи образуют векторное пространство с функциями и в качестве базиса . г {\displaystyle г} г ( н + 2 ) = г ( н ) + г ( н + 1 ) {\displaystyle г(n+2)=г(n)+г(n+1)} г ( н ) = Ф ( н ) г ( 1 ) + Ф ( н 1 ) г ( 0 ) {\displaystyle g(n)=F(n)g(1)+F(n-1)g(0)} Ф ( н ) {\displaystyle F(n)} Ф ( н 1 ) {\displaystyle F(n-1)}

В более общем случае диапазон может быть взят как любая абелева группа (рассматриваемая как Z - модуль ). Тогда последовательности Фибоначчи образуют 2-мерный Z -модуль таким же образом. г {\displaystyle г}

Похожие целочисленные последовательности

Целочисленные последовательности Фибоначчи

Двумерный -модуль целочисленных последовательностей Фибоначчи состоит из всех целочисленных последовательностей, удовлетворяющих . Выражаясь через два начальных значения, имеем: З {\displaystyle \mathbb {Z} } г ( н + 2 ) = г ( н ) + г ( н + 1 ) {\displaystyle г(n+2)=г(n)+г(n+1)}

г ( н ) = Ф ( н ) г ( 1 ) + Ф ( н 1 ) г ( 0 ) = г ( 1 ) φ н ( φ ) н 5 + г ( 0 ) φ н 1 ( φ ) 1 н 5 , {\displaystyle g(n)=F(n)g(1)+F(n-1)g(0)=g(1){\frac {\varphi ^{n}-(-\varphi)^{ -n}}{\sqrt {5}}}+g(0){\frac {\varphi ^{n-1}-(-\varphi )^{1-n}}{\sqrt {5}}} ,}

где находится золотое сечение. φ {\displaystyle \varphi}

Соотношение между двумя последовательными элементами сходится к золотому сечению, за исключением случая последовательности, которая постоянно равна нулю, и последовательностей, где отношение двух первых членов равно . ( φ ) 1 {\displaystyle (-\varphi)^{-1}}

Последовательность можно записать в виде

а φ н + б ( φ ) н , {\displaystyle а\varphi ^{n}+b(-\varphi)^{-n},}

в котором тогда и только тогда, когда . В этой форме простейший нетривиальный пример имеет , который является последовательностью чисел Люка : а = 0 {\displaystyle а=0} б = 0 {\displaystyle b=0} а = б = 1 {\displaystyle а=б=1}

Л н = φ н + ( φ ) н . {\displaystyle L_{n}=\varphi ^{n}+(-\varphi)^{-n}.}

У нас есть и . Свойства включают в себя: Л 1 = 1 {\displaystyle L_{1}=1} Л 2 = 3 {\displaystyle L_{2}=3}

φ н = ( 1 + 5 2 ) н = Л ( н ) + Ф ( н ) 5 2 , Л ( н ) = Ф ( н 1 ) + Ф ( н + 1 ) . {\displaystyle {\begin{aligned}\varphi ^{n}&=\left({\frac {1+{\sqrt {5}}}{2}}\right)^{\!n}={\frac {L(n)+F(n){\sqrt {5}}}{2}},\\L(n)&=F(n-1)+F(n+1).\end{aligned}}}

Каждая нетривиальная целочисленная последовательность Фибоначчи появляется (возможно, после сдвига на конечное число позиций) как одна из строк массива Витхоффа . Сама последовательность Фибоначчи является первой строкой, а сдвиг последовательности Лукаса является второй строкой. [4]

См. также последовательности целых чисел Фибоначчи по модулю n .

Сцены Лукаса

Другим обобщением последовательности Фибоначчи являются последовательности Люка , определяемые следующим образом:

U ( 0 ) = 0 U ( 1 ) = 1 U ( n + 2 ) = P U ( n + 1 ) Q U ( n ) , {\displaystyle {\begin{aligned}U(0)&=0\\U(1)&=1\\U(n+2)&=PU(n+1)-QU(n),\end{aligned}}}

где нормальная последовательность Фибоначчи является частным случаем и . Другой вид последовательности Люка начинается с , . Такие последовательности имеют приложения в теории чисел и доказательстве простоты . P = 1 {\displaystyle P=1} Q = 1 {\displaystyle Q=-1} V ( 0 ) = 2 {\displaystyle V(0)=2} V ( 1 ) = P {\displaystyle V(1)=P}

Когда эта последовательность называется P -последовательностью Фибоначчи , например, последовательность Пелля также называется 2-последовательностью Фибоначчи . Q = 1 {\displaystyle Q=-1}

Последовательность 3-Фибоначчи :

0, 1, 3, 10, 33, 109, 360, 1189, 3927, 12970, 42837, 141481, 467280, 1543321, 5097243, 16835050, 55602393, 183642229, 606529080, ... (последовательность A006190 в OEIS )

Последовательность 4-Фибоначчи :

0, 1, 4, 17, 72, 305, 1292, 5473, 23184, 98209, 416020, 1762289, 7465176, 31622993, 133957148, 567451585, 2403763488, ... (последовательность A001076 в OEIS )

Последовательность 5-Фибоначчи :

0, 1, 5, 26, 135, 701, 3640, 18901, 98145, 509626, 2646275, 13741001, 71351280, 370497401, 1923838285, 9989688826, ... (последовательность A052918 в OEIS )

Последовательность 6-Фибоначчи :

0, 1, 6, 37, 228, 1405, 8658, 53353, 328776, 2026009, 12484830, 76934989, 474094764, 2921503573, 18003116202, ... (последовательность A005668 в OEIS )

Константа n -Фибоначчи - это отношение, к которому стремятся соседние -числа Фибоначчи; его также называют nметаллическим средним , и это единственный положительный корень . Например, случай - это , или золотое сечение , и случай - это , или серебряное сечение . Как правило, случай - это . [ необходима цитата ] n {\displaystyle n} x 2 n x 1 = 0 {\displaystyle x^{2}-nx-1=0} n = 1 {\displaystyle n=1} 1 + 5 2 {\displaystyle {\frac {1+{\sqrt {5}}}{2}}} n = 2 {\displaystyle n=2} 1 + 2 {\displaystyle 1+{\sqrt {2}}} n {\displaystyle n} n + n 2 + 4 2 {\displaystyle {\frac {n+{\sqrt {n^{2}+4}}}{2}}}

В общем случае можно назвать ( P , −Q ) -последовательностью Фибоначчи , а V ( n ) можно назвать ( P , −Q ) -последовательностью Люка . U ( n ) {\displaystyle U(n)}

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, 1398101, 2796203, 5592405, 11184811, 22369621, 44739243, 89478485, ... (последовательность A001045 в OEIS )

Последовательность (1,3)-Фибоначчи :

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 )

Последовательность (2,2)-Фибоначчи :

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 :

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

Последовательность Фибоначчи порядка n — это целочисленная последовательность, в которой каждый элемент последовательности является суммой предыдущих элементов (за исключением первых элементов последовательности). Обычные числа Фибоначчи — это последовательность Фибоначчи порядка 2. Случаи и были тщательно исследованы. Количество композиций неотрицательных целых чисел на части, которые не более, является последовательностью Фибоначчи порядка . Последовательность количества строк из нулей и единиц длины , которые содержат не более последовательных нулей, также является последовательностью Фибоначчи порядка . n {\displaystyle n} n {\displaystyle n} n = 3 {\displaystyle n=3} n = 4 {\displaystyle n=4} n {\displaystyle n} n {\displaystyle n} m {\displaystyle m} n {\displaystyle n} n {\displaystyle n}

Эти последовательности, их предельные соотношения и предел этих предельных соотношений были исследованы Марком Барром в 1913 году. [5]

Числа Трибоначчи

Числа трибоначчи похожи на числа Фибоначчи, но вместо того, чтобы начинаться с двух предопределенных членов, последовательность начинается с трех предопределенных членов, и каждый последующий член является суммой 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 A000073 в OEIS )

Серия была впервые формально описана Агрономом [6] в 1914 году, [7] но ее первое непреднамеренное использование было в « Происхождении видов» Чарльза Р. Дарвина . В примере иллюстрации роста популяции слонов он опирался на расчеты, сделанные его сыном, Джорджем Х. Дарвином . [8] Термин трибоначчи был предложен Файнбергом в 1963 году. [9]

Константа трибоначчи

1 + 19 + 3 33 3 + 19 3 33 3 3 = 1 + 4 cosh ( 1 3 cosh 1 ( 2 + 3 8 ) ) 3 1.839286755214161 , {\displaystyle {\frac {1+{\sqrt[{3}]{19+3{\sqrt {33}}}}+{\sqrt[{3}]{19-3{\sqrt {33}}}}}{3}}={\frac {1+4\cosh \left({\frac {1}{3}}\cosh ^{-1}\left(2+{\frac {3}{8}}\right)\right)}{3}}\approx 1.839286755214161,} (последовательность A058265 в OEIS )

— это отношение, к которому стремятся соседние числа трибоначчи. Это корень многочлена , а также удовлетворяет уравнению . Это важно при изучении плосконосого куба . x 3 x 2 x 1 = 0 {\displaystyle x^{3}-x^{2}-x-1=0} x + x 3 = 2 {\displaystyle x+x^{-3}=2}

Геометрическое построение постоянной Трибоначчи (AC) с помощью циркуля и размеченной линейки по методу, описанному Ксерардо Нейрой.

Обратная величина постоянной трибоначчи , выраженная соотношением , может быть записана как: ξ 3 + ξ 2 + ξ = 1 {\displaystyle \xi ^{3}+\xi ^{2}+\xi =1}

ξ = 17 + 3 33 3 17 + 3 33 3 1 3 = 3 1 + 19 + 3 33 3 + 19 3 33 3 0.543689012. {\displaystyle \xi ={\frac {{\sqrt[{3}]{17+3{\sqrt {33}}}}-{\sqrt[{3}]{-17+3{\sqrt {33}}}}-1}{3}}={\frac {3}{1+{\sqrt[{3}]{19+3{\sqrt {33}}}}+{\sqrt[{3}]{19-3{\sqrt {33}}}}}}\approx 0.543689012.} (последовательность A192918 в OEIS )

Числа трибоначчи также определяются формулой [10]

T ( n ) = 3 b ( 1 3 ( a + + a + 1 ) ) n b 2 2 b + 4 {\displaystyle T(n)=\left\lfloor 3b\,{\frac {\left({\frac {1}{3}}\left(a_{+}+a_{-}+1\right)\right)^{n}}{b^{2}-2b+4}}\right\rceil }

где обозначает ближайшую целую функцию и {\displaystyle \lfloor \cdot \rceil }

a ± = 19 ± 3 33 3 , b = 586 + 102 33 3 . {\displaystyle {\begin{aligned}a_{\pm }&={\sqrt[{3}]{19\pm 3{\sqrt {33}}}}\,,\\b&={\sqrt[{3}]{586+102{\sqrt {33}}}}\,.\end{aligned}}}

Числа Тетраначчи

Числа тетраначчи начинаются с четырех предопределенных членов, каждый последующий член 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 )

Константа тетраначчи — это отношение, к которому стремятся соседние числа тетраначчи. Это корень многочлена , приблизительно 1,927561975482925 (последовательность A086088 в OEIS ), а также удовлетворяет уравнению . x 4 x 3 x 2 x 1 = 0 {\displaystyle x^{4}-x^{3}-x^{2}-x-1=0} x + x 4 = 2 {\displaystyle x+x^{-4}=2}

Константу тетраначчи можно выразить через радикалы следующим выражением: [11]

x = 1 4 ( 1 + u + 11 u + 26 u ) {\displaystyle x={\frac {1}{4}}\!\left(1+{\sqrt {u}}+{\sqrt {11-u+{\frac {26}{\sqrt {u}}}}}\,\right)}

где,

u = 1 3 ( 11 56 2 65 + 3 1689 3 + 2 2 2 3 65 + 3 1689 3 ) {\displaystyle u={\frac {1}{3}}\left(11-56{\sqrt[{3}]{\frac {2}{-65+3{\sqrt {1689}}}}}+2\cdot 2^{\frac {2}{3}}{\sqrt[{3}]{-65+3{\sqrt {1689}}}}\right)}

и является действительным корнем кубического уравнения u {\displaystyle u} u 3 11 u 2 + 115 u 169. {\displaystyle u^{3}-11u^{2}+115u-169.}

Высшие порядки

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 )

Константа пентаначчи — это отношение, к которому стремятся соседние числа пентаначчи. Это корень многочлена , приблизительно 1,965948236645485 (последовательность A103814 в OEIS ), а также удовлетворяет уравнению . x 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 0 {\displaystyle x^{5}-x^{4}-x^{3}-x^{2}-x-1=0} x + x 5 = 2 {\displaystyle x+x^{-5}=2}

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 )

Константа гексаначчи — это отношение, к которому стремятся соседние числа гексаначчи. Это корень многочлена , приблизительно 1,98358284342 (последовательность A118427 в OEIS ), а также удовлетворяет уравнению . x 6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 0 {\displaystyle x^{6}-x^{5}-x^{4}-x^{3}-x^{2}-x-1=0} x + x 6 = 2 {\displaystyle x+x^{-6}=2}

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 )

Константа гептаначчи — это отношение, к которому стремятся соседние числа гептаначчи. Это корень многочлена , приблизительно 1,99196419660 (последовательность A118428 в OEIS ), а также удовлетворяет уравнению . x 7 x 6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 0 {\displaystyle x^{7}-x^{6}-x^{5}-x^{4}-x^{3}-x^{2}-x-1=0} x + x 7 = 2 {\displaystyle x+x^{-7}=2}

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 ряда -наччи стремится к корню уравнения ( OEIS : A103814 , OEIS : A118427 , OEIS : A118428 ). n {\displaystyle n} x + x n = 2 {\displaystyle x+x^{-n}=2}

Альтернативная рекурсивная формула для предела отношения двух последовательных чисел -наччи может быть выражена как r {\displaystyle r} n {\displaystyle n}

r = k = 0 n 1 r k {\displaystyle r=\sum _{k=0}^{n-1}r^{-k}} .

Особым случаем является традиционный ряд Фибоначчи, дающий золотое сечение . n = 2 {\displaystyle n=2} φ = 1 + 1 φ {\displaystyle \varphi =1+{\frac {1}{\varphi }}}

Вышеуказанные формулы для отношения справедливы даже для рядов -nacci, сгенерированных из произвольных чисел. Предел этого отношения равен 2 по мере увеличения. Последовательность "infinacci", если бы ее можно было описать, после бесконечного числа нулей дала бы последовательность n {\displaystyle n} n {\displaystyle n}

[..., 0, 0, 1,] 1, 2, 4, 8, 16, 32, …

которые являются просто степенями двойки .

Предел отношения для любого есть положительный корень характеристического уравнения [11] n > 0 {\displaystyle n>0} r {\displaystyle r}

x n i = 0 n 1 x i = 0. {\displaystyle x^{n}-\sum _{i=0}^{n-1}x^{i}=0.}

Корень находится в интервале . Отрицательный корень характеристического уравнения находится в интервале (−1, 0), когда четно. Этот корень и каждый комплексный корень характеристического уравнения имеют модуль . [11] r {\displaystyle r} 2 ( 1 2 n ) < r < 2 {\displaystyle 2(1-2^{-n})<r<2} n {\displaystyle n} 3 n < | r | < 1 {\displaystyle 3^{-n}<|r|<1}

Ряд для положительного корня для любого имеет вид [11] r {\displaystyle r} n > 0 {\displaystyle n>0}

2 2 i > 0 1 i ( ( n + 1 ) i 2 i 1 ) 1 2 ( n + 1 ) i . {\displaystyle 2-2\sum _{i>0}{\frac {1}{i}}{\binom {(n+1)i-2}{i-1}}{\frac {1}{2^{(n+1)i}}}.}

Не существует решения характеристического уравнения в терминах радикалов, когда 5 ≤ n ≤ 11. [11 ]

Элемент k последовательности n -наччи определяется как

F k ( n ) = r k 1 ( r 1 ) ( n + 1 ) r 2 n , {\displaystyle F_{k}^{(n)}=\left\lfloor {\frac {r^{k-1}(r-1)}{(n+1)r-2n}}\right\rceil \!,}

где обозначает ближайшую целочисленную функцию, а — константа -наччи, которая является корнем ближайшего к 2 числа. {\displaystyle \lfloor \cdot \rceil } r {\displaystyle r} n {\displaystyle n} x + x n = 2 {\displaystyle x+x^{-n}=2}

Проблема подбрасывания монеты связана с последовательностью -nacci. Вероятность того, что ни одна последовательная решка не выпадет при подбрасывании идеализированной монеты, равна . [12] n {\displaystyle n} n {\displaystyle n} m {\displaystyle m} 1 2 m F m + 2 ( n ) {\displaystyle {\frac {1}{2^{m}}}F_{m+2}^{(n)}}

Слово Фибоначчи

По аналогии со своим числовым аналогом, слово Фибоначчи определяется следующим образом:

F n := F ( n ) := { b n = 0 ; a n = 1 ; F ( n 1 ) + F ( n 2 ) n > 1. {\displaystyle F_{n}:=F(n):={\begin{cases}{\text{b}}&n=0;\\{\text{a}}&n=1;\\F(n-1)+F(n-2)&n>1.\\\end{cases}}}

где обозначает конкатенацию двух строк. Последовательность строк Фибоначчи начинается: + {\displaystyle +}

б, а, аб, аба, абааб, абаабаба, абаабабаабааб, … (последовательность A106750 в OEIS )

Длина каждой строки Фибоначчи является числом Фибоначчи, и аналогично для каждого числа Фибоначчи существует соответствующая строка Фибоначчи.

Строки Фибоначчи появляются в качестве входных данных для наихудшего случая в некоторых компьютерных алгоритмах .

Если «a» и «b» представляют два разных материала или длины атомных связей, то структура, соответствующая строке Фибоначчи, представляет собой квазикристалл Фибоначчи , апериодическую квазикристаллическую структуру с необычными спектральными свойствами.

Свернутые последовательности Фибоначчи

Свернутая последовательность Фибоначчи получается применением операции свертки к последовательности Фибоначчи один или несколько раз. В частности, определите [13]

F n ( 0 ) = F n {\displaystyle F_{n}^{(0)}=F_{n}}

и

F n ( r + 1 ) = i = 0 n F i F n i ( r ) {\displaystyle F_{n}^{(r+1)}=\sum _{i=0}^{n}F_{i}F_{n-i}^{(r)}}

Первые несколько последовательностей:

r = 1 {\displaystyle r=1} : 0, 0, 1, 2, 5, 10, 20, 38, 71, … (последовательность A001629 в OEIS ).
r = 2 {\displaystyle r=2} : 0, 0, 0, 1, 3, 9, 22, 51, 111, … (последовательность A001628 в OEIS ).
r = 3 {\displaystyle r=3} : 0, 0, 0, 0, 1, 4, 14, 40, 105, … (последовательность A001872 в OEIS ).

Последовательности можно рассчитать с помощью рекуррентности

F n + 1 ( r + 1 ) = F n ( r + 1 ) + F n 1 ( r + 1 ) + F n ( r ) {\displaystyle F_{n+1}^{(r+1)}=F_{n}^{(r+1)}+F_{n-1}^{(r+1)}+F_{n}^{(r)}}

Производящая функция th- й свертки равна r {\displaystyle r}

s ( r ) ( x ) = k = 0 F n ( r ) x n = ( x 1 x x 2 ) r . {\displaystyle s^{(r)}(x)=\sum _{k=0}^{\infty }F_{n}^{(r)}x^{n}=\left({\frac {x}{1-x-x^{2}}}\right)^{r}.}

Последовательности связаны с последовательностью полиномов Фибоначчи соотношением

F n ( r ) = r ! F n ( r ) ( 1 ) {\displaystyle F_{n}^{(r)}=r!F_{n}^{(r)}(1)}

где - производная th от . Эквивалентно, - коэффициент при разложении по степеням . F n ( r ) ( x ) {\displaystyle F_{n}^{(r)}(x)} r {\displaystyle r} F n ( x ) {\displaystyle F_{n}(x)} F n ( r ) {\displaystyle F_{n}^{(r)}} ( x 1 ) r {\displaystyle (x-1)^{r}} F x ( x ) {\displaystyle F_{x}(x)} ( x 1 ) {\displaystyle (x-1)}

Первую свертку можно записать в терминах чисел Фибоначчи и Люка как F n ( 1 ) {\displaystyle F_{n}^{(1)}}

F n ( 1 ) = n L n F n 5 {\displaystyle F_{n}^{(1)}={\frac {nL_{n}-F_{n}}{5}}}

и следует за повторением

F n + 1 ( 1 ) = 2 F n ( 1 ) + F n 1 ( 1 ) 2 F n 2 ( 1 ) F n 3 ( 1 ) . {\displaystyle F_{n+1}^{(1)}=2F_{n}^{(1)}+F_{n-1}^{(1)}-2F_{n-2}^{(1)}-F_{n-3}^{(1)}.}

Аналогичные выражения можно найти для с возрастающей сложностью по мере увеличения. Числа являются суммами строк треугольника Хосои . r > 1 {\displaystyle r>1} r {\displaystyle r} F n ( 1 ) {\displaystyle F_{n}^{(1)}}

Как и в случае с числами Фибоначчи, существует несколько комбинаторных интерпретаций этих последовательностей. Например, это число способов, которыми можно записать в виде упорядоченной суммы, включающей только 0, 1 и 2, где 0 используется ровно один раз. В частности, и 2 можно записать как 0 + 1 + 1 , 0 + 2 , 1 + 0 + 1 , 1 + 1 + 0 , 2 + 0 . [14] F n ( 1 ) {\displaystyle F_{n}^{(1)}} n 2 {\displaystyle n-2} F 4 ( 1 ) = 5 {\displaystyle F_{4}^{(1)}=5}

Другие обобщения

Полиномы Фибоначчи являются еще одним обобщением чисел Фибоначчи.

Последовательность Падована генерируется с помощью рекуррентности . P ( n ) = P ( n 2 ) + P ( n 3 ) {\displaystyle P(n)=P(n-2)+P(n-3)}

Последовательность коров Нараяны генерируется с помощью рекуррентности . N ( k ) = N ( k 1 ) + N ( k 3 ) {\displaystyle N(k)=N(k-1)+N(k-3)}

Случайную последовательность Фибоначчи можно определить, подбрасывая монету для каждой позиции последовательности и принимая во внимание, выпадает ли орел или решка. Работа Фюрстенберга и Кестена гарантирует, что эта последовательность почти наверняка растет экспоненциально с постоянной скоростью: константа не зависит от подбрасываний монеты и была вычислена в 1999 году Дивакаром Вишванатом. Теперь она известна как константа Вишваната . n {\displaystyle n} F ( n ) = F ( n 1 ) + F ( n 2 ) {\displaystyle F(n)=F(n-1)+F(n-2)} F ( n ) = F ( n 1 ) F ( n 2 ) {\displaystyle F(n)=F(n-1)-F(n-2)}

Repfigit , или число Кейта , — это целое число, такое, что когда его цифры начинают последовательность Фибоначчи с этим 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. Repfigit может быть последовательностью трибоначчи, если в числе 3 цифры, числом тетраначчи, если число состоит из четырех цифр, и т. д. Первые несколько repfigit:

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 отношению, замкнуто относительно почленного сложения и почленного умножения 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 , то последовательность Фибоначчи и сдвинутая последовательность Фибоначчи , как видно, образуют каноническую основу для этого пространства, что приводит к тождеству: S ( n ) = S ( n 1 ) + S ( n 2 ) {\displaystyle S(n)=S(n-1)+S(n-2)} ( S ( 0 ) , S ( 1 ) ) {\displaystyle (S(0),S(1))} F ( n ) = ( 0 , 1 ) {\displaystyle F(n)=(0,1)} F ( n 1 ) = ( 1 , 0 ) {\displaystyle F(n-1)=(1,0)}

S ( n ) = S ( 0 ) F ( n 1 ) + S ( 1 ) F ( n ) {\displaystyle S(n)=S(0)F(n-1)+S(1)F(n)}

для всех таких последовательностей S. Например, если S — это последовательность Лукаса 2, 1, 3, 4, 7, 11, ... , то мы получаем

L ( n ) = 2 F ( n 1 ) + F ( n ) {\displaystyle L(n)=2F(n-1)+F(n)} .

Н-сгенерированная последовательность Фибоначчи

Мы можем определить N -генерированную последовательность Фибоначчи (где N — положительное рациональное число ): если

N = 2 a 1 3 a 2 5 a 3 7 a 4 11 a 5 13 a 6 p r a r , {\displaystyle N=2^{a_{1}}\cdot 3^{a_{2}}\cdot 5^{a_{3}}\cdot 7^{a_{4}}\cdot 11^{a_{5}}\cdot 13^{a_{6}}\cdot \ldots \cdot p_{r}^{a_{r}},}

где p r — r -е простое число, тогда мы определяем

F N ( n ) = a 1 F N ( n 1 ) + a 2 F N ( n 2 ) + a 3 F N ( n 3 ) + a 4 F N ( n 4 ) + a 5 F N ( n 5 ) + . . . {\displaystyle F_{N}(n)=a_{1}F_{N}(n-1)+a_{2}F_{N}(n-2)+a_{3}F_{N}(n-3)+a_{4}F_{N}(n-4)+a_{5}F_{N}(n-5)+...}

Если , то , и если , то . [ необходима цитата ] n = r 1 {\displaystyle n=r-1} F N ( n ) = 1 {\displaystyle F_{N}(n)=1} n < r 1 {\displaystyle n<r-1} F N ( n ) = 0 {\displaystyle F_{N}(n)=0}

ПоследовательностьНпоследовательность OEIS
Последовательность Фибоначчи6А000045
последовательность Пелля12А000129
последовательность Якобсталя18А001045
Последовательность коров Нараяны10А000930
последовательность Падована15А000931
Последовательность Пелля третьего порядка20А008998
Последовательность Трибоначчи30А000073
Последовательность Тетраначчи210А000288

Полупоследовательность Фибоначчи

Полупоследовательность Фибоначчи (последовательность A030067 в OEIS ) определяется с помощью той же рекурсии для нечетно-индексированных членов и , но для четных индексов , . Бисекция A030068 нечетно-индексированных членов, таким образом, проверяет и строго возрастает . Это дает набор получисел Фибоначчи a ( 2 n + 1 ) = a ( 2 n ) + a ( 2 n 1 ) {\displaystyle a(2n+1)=a(2n)+a(2n-1)} a ( 1 ) = 1 {\displaystyle a(1)=1} a ( 2 n ) = a ( n ) {\displaystyle a(2n)=a(n)} n 1 {\displaystyle n\geq 1} s ( n ) = a ( 2 n 1 ) {\displaystyle s(n)=a(2n-1)} s ( n + 1 ) = s ( n ) + a ( n ) {\displaystyle s(n+1)=s(n)+a(n)}

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 s ( n ) = a ( 2 k ( 2 n 1 ) ) , k = 0 , 1 , . . . . {\displaystyle s(n)=a(2^{k}(2n-1)),k=0,1,...\,.}

Ссылки

  1. ^ Триана, Хуан. Числа Негафибоначчи через матрицы. Вестник ТИКМИ, 2019, стр. 19–24.
  2. ^ "Что такое число Фибоначчи? -- от Гарри Дж. Смита". 2009-10-27. Архивировано из оригинала 27 октября 2009 года . Получено 2022-04-12 .
  3. ^ Правин Чандра и Эрик В. Вайсштейн . «Число Фибоначчи». MathWorld .
  4. ^ Моррисон, DR (1980), «Массив Столярского пар Вайтхоффа», Сборник рукописей, связанных с последовательностью Фибоначчи (PDF) , Санта-Клара, Калифорния: Ассоциация Фибоначчи, стр. 134–136, архивировано из оригинала (PDF) 2016-03-04 , извлечено 2012-07-15.
  5. ^ Гарднер, Мартин (1961). The Scientific American Book of Mathematical Puzzles and Diversions, Vol. II . Саймон и Шустер. стр. 101.
  6. ^ Туэнтер, 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.
  7. ^ Агрономоф, М. (1914). «Sur une suite recurrente». Матезис . 4 : 125–126.
  8. ^ 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. PMID  28726021. S2CID  3988121.
  9. ^ Фейнберг, М. (1963). «Фибоначчи-Трибоначчи». Ежеквартальный журнал Фибоначчи . 1 : 71–74.
  10. ^ Саймон Плуфф, 1993
  11. ^ abcde Вольфрам, DA (1998). "Решение обобщенных повторений Фибоначчи" (PDF) . Fib. Quart .
  12. ^ Эрик В. Вайсштейн . «Подбрасывание монеты». MathWorld .
  13. ^ VE Hoggatt, Jr. и M. Bicknell-Johnson, «Свёрточные последовательности Фибоначчи», Fib. Quart. , 15 (1977), стр. 117-122.
  14. ^ Sloane, N. J. A. (ред.). "Последовательность A001629". Онлайновая энциклопедия целочисленных последовательностей . Фонд OEIS.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Generalizations_of_Fibonacci_numbers&oldid=1249770596#Higher_orders"