Números de Fibonacci

Números de Fibonacci  (ortografía - Fibonacci [2] ) - elementos de una secuencia numérica

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, 6765, 10946, 17711, … (secuencia A000045 en OEIS ),

en el que los dos primeros números son 0 y 1, y cada número posterior es igual a la suma de los dos números anteriores [3] . Nombrado en honor al matemático medieval Leonardo de Pisa (conocido como Fibonacci ) [4] .

Cierto, en algunos libros, especialmente en los más antiguos[ ¿Qué? ] , se omite el término igual a cero — entonces la secuencia de Fibonacci comienza con [5] [6] .

Más formalmente, la secuencia de números de Fibonacci viene dada por una relación de recurrencia lineal :

, donde _

A veces, los números de Fibonacci también se consideran para valores negativos como una secuencia infinita de dos lados que satisface la misma relación de recurrencia. En consecuencia, los términos con índices negativos son fáciles de obtener utilizando la fórmula equivalente "hacia atrás" :

norte −10 −9 −8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0 una 2 3 cuatro 5 6 7 ocho 9 diez
−55 34 −21 13 −8 5 −3 2 −1 una 0 una una 2 3 5 ocho 13 21 34 55

Es fácil ver eso .

Origen

La sucesión de Fibonacci era muy conocida en la antigua India [7] [8] [9] , donde se utilizaba en las ciencias métricas ( prosodia , es decir, versificación) mucho antes de que se diera a conocer en Europa [8] [10] [ 11] .

Se puede construir un patrón de longitud n sumando S a un patrón de longitud n  − 1 , o L a un patrón de longitud n  − 2 — y los prosodistas han demostrado que el número de patrones de longitud n es la suma de los dos anteriores números en la secuencia [9] . Donald Knuth analiza este efecto en El arte de la programación .

En Occidente, esta secuencia fue explorada por Leonardo de Pisa, conocido como Fibonacci , en su obra El libro del ábaco (1202) [12] [13] . Él considera el desarrollo de una población de conejos idealizada (biológicamente poco realista), donde las condiciones son las siguientes: inicialmente se les da un par de conejos recién nacidos (macho y hembra); a partir del segundo mes después de su nacimiento, los conejos comienzan a aparearse y producir una nueva pareja de conejos, además, cada mes; los conejos nunca mueren [14] [15] y presenta el número de parejas de conejos en un año como el valor deseado.

Al final del décimo mes, el número de parejas de conejos será igual al número de parejas del mes anterior más el número de parejas recién nacidas, que será igual al número de parejas que había hace dos meses, es decir [16] . Este problema también puede haber sido el primero en modelar el crecimiento exponencial de la población .

El nombre "secuencia de Fibonacci" fue utilizado por primera vez por el teórico del siglo XIX Eduard Lucas [17] .

Fórmula de Binet

La fórmula de Binet expresa explícitamente el valor en función de n :

donde  - la proporción áurea y y son las raíces de la ecuación característica En general, existe una fórmula similar para cualquier secuencia lineal recurrente , que es la secuencia de Fibonacci.

Justificación

[Dieciocho]

Transformemos la ecuación característica a la forma, multipliquemos ambas partes por : - y sustituyamos en esta suma por , lo que podemos hacer en virtud de la ecuación característica. Obtenemos Luego continuamos multiplicando por y transformando , siguiendo la ecuación original:

Por lo tanto, se forma una ecuación general: para convertir esta ecuación en una verdadera igualdad y desde aquí expresar los números de Fibonacci, debe sustituir las raíces y

Corolario y generalización

De la fórmula de Binet se sigue que para todo el número es un redondeo , es decir, en particular, para los asintóticos

La fórmula de Binet se puede continuar analíticamente de la siguiente manera:

En este caso, la relación se cumple para cualquier número complejo z .

Identidades

Prueba

Probamos la fórmula por inducción sobre n :

Base de inducción:

Paso de inducción: sea verdadera la afirmación para :

Entonces tenemos que probar la afirmación para

Nos acostamos y Acortamos ambas partes por

QED

Prueba

Probamos la fórmula por inducción sobre n :

Base de inducción:

Paso de inducción: Dejemos que el enunciado for sea verdadero:

Entonces tenemos que probar la afirmación para

Nos acostamos y Acortamos ambas partes por

QED

Esta identidad se puede demostrar restando la primera de la segunda:

Y fórmulas más generales:

donde las matrices tienen tamaño y donde i  es la unidad imaginaria .

Propiedades

en el conjunto de enteros no negativos x e y [30] .

Variaciones y generalizaciones

En otras áreas

Existe la opinión de que casi todas las declaraciones que encuentran números de Fibonacci en fenómenos naturales e históricos son incorrectas; este es un mito común, que a menudo resulta ser un ajuste inexacto al resultado deseado [34] [35] .

En la naturaleza

En el arte

En poesía, la proporción de la "sección áurea" (proporción áurea) se encuentra con mayor frecuencia, conectada a través de la fórmula de Binet con los números de Fibonacci. Por ejemplo, en el poema de Sh. Rustaveli "El caballero en la piel de pantera " y en las pinturas de los artistas [40] .

Sin embargo, los números de Fibonacci se encuentran tanto directamente en la poesía como en la música [41]

En codificación

En la teoría de la codificación, se proponen los llamados " códigos de Fibonacci " [42] estables , y la base de estos códigos es un número irracional.

Véase también

Notas

  1. John Hudson Tiner. Explorando el mundo de las matemáticas: desde registros antiguos hasta los últimos avances en computación . - New Leaf Publishing Group, 200. - ISBN 978-1-61458-155-0 .
  2. Véase, por ejemplo, T. V. Kropotova, V. G. Podolsky, P. E. Kashargin. Introducción a las matemáticas superiores. — Instituto de Física de la Universidad Federal de Kazan.
  3. Lucas, 1891 , pág. 3.
  4. ↑ Números de Fibonacci // Gran Enciclopedia Soviética  : [en 30 volúmenes]  / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M.  : Enciclopedia soviética, 1969-1978.
  5. Beck y Geoghegan (2010) .
  6. Bona, 2011 , pág. 180.
  7. Goonatilake, Susantha (1998), Hacia una ciencia global , Indiana University Press, p. 126, ISBN 978-0-253-33388-9 , < https://books.google.com/books?id=SI5ip95BbgEC&pg=PA126 > 
  8. 1 2 Singh, Parmanand (1985), Los llamados números de Fibonacci en la India antigua y medieval , Historia Mathematica Vol. 12(3):229-244 , DOI 10.1016/0315-0860(85)90021-7 
  9. 1 2 Knuth, Donald (2006), El arte de la programación informática , vol. 4. Generación de todos los árboles - Historia de la generación combinatoria, Addison-Wesley, p. 50, ISBN 978-0-321-33570-8 , < https://books.google.com/books?id=56LNfE2QGtYC&pg=PA50&dq=rhythms > 
  10. Knuth, Donald (1968), El arte de la programación informática , vol. 1, Addison Wesley, pág. 100, ISBN 978-81-7758-754-8 , < https://books.google.com/books?id=MooMkK6ERuYC&pg=PA100 > 
  11. Livio, 2003 , pág. 197.
  12. Pisano, 2002 , págs. 404-405.
  13. Liber Abaci (Libro del cálculo) de Fibonacci . La Universidad de Utah (13 de diciembre de 2009). Fecha de acceso: 28 de noviembre de 2018.
  14. Hemenway, Priya. Proporción divina : Phi en arte, naturaleza y ciencia  . - Nueva York: Sterling, 2005. -  Págs. 20-21 . — ISBN 1-4027-3522-7 .
  15. Knott, Dra. Ron Los números de Fibonacci y la sección áurea en Nature - 1 . Universidad de Surrey (25 de septiembre de 2016). Fecha de acceso: 27 de noviembre de 2018.
  16. Knott, Los conejos de Ron Fibonacci . Facultad de Ingeniería y Ciencias Físicas de la Universidad de Surrey .
  17. Gardner, Martin (1996), Mathematical Circus , The Mathematical Association of America, p. 153, ISBN 978-0-88385-506-5 
  18. El arte de resolver problemas . artederesolverproblemas.com . Recuperado: 9 de mayo de 2021.
  19. ↑ Números de Fibonacci // Diccionario enciclopédico de un joven matemático / Comp. Savin AP - 2ª ed. - M .: Pedagogía , 1989. - S. 312-314. — 352 págs. — ISBN 5715502187 .
  20. ↑ 1 2 3 4 5 El teorema se establece en este archivo .
  21. Artículo 23 .
  22. Artículo 24 .
  23. Corolario del punto 36 .
  24. Artículo 30 .
  25. 64 .
  26. Artículo 55 .
  27. prueba de la identidad de Cassini . planetmath.org . Fecha de acceso: 30 de mayo de 2021.
  28. La identidad de Cassini .
  29. JHE Cohn . Números cuadrados de Fibonacci , etc. , págs. 109-113. Archivado desde el original el 11 de julio de 2010. Consultado el 1 de julio de 2010.
  30. P. Ribenboim. El nuevo libro de registros de números primos . - Springer, 1996. - S. 193.
  31. Ira Gessel. Problema H-187  // Fibonacci Quarterly. - 1972. - T. 10 . - S. 417-419 .
  32. V. Serpinski . Problema 66 // 250 Problemas de Teoría de Números Elemental . - M. : Educación, 1968. - 168 p.
  33. Hutchinson, Luke. Crecimiento del árbol genealógico: el poder del ADN en la reconstrucción de las relaciones familiares  //  Actas del primer simposio sobre bioinformática y biotecnología (BIOT-04): revista. - 2004. - Septiembre.
  34. Fibonacci Flam-Flam . Archivado el 23 de abril de 2012 en Wayback Machine  .
  35. El mito que no desaparecerá  .
  36. La proporción áurea en la naturaleza .
  37. ↑ Números de Fibonacci .
  38. ↑ Números de Fibonacci .
  39. Akimov O.E. El fin de la ciencia .
  40. Voloshinov A. V. Matemáticas y Arte. Moscú: Educación, 2000. 400 p. ISBN 5-09-008033-X
  41. Matemáticas en poesía y música
  42. Stakhov A., Sluchenkova A., Shcherbakov I. Código Da Vinci y serie Fibonacci. SPB. Editorial: Piter, 2006. 320 p. ISBN 5-469-01369-3

Literatura

Enlaces