菲波那契數(shù)列指的是這樣一個數(shù)列:
1,1,2,3,5,8,13,21……
這個數(shù)列從第三項開始,每一項都等于前兩項之和
它的通項公式為:[(1+√5)/2]^n /√5 - [(1-√5)/2]^n /√5 【√5表示根號5】
很有趣的是:這樣一個完全是自然數(shù)的數(shù)列,通項公式居然是用無理數(shù)來表達的。
該數(shù)列有很多奇妙的屬性
比如:隨著數(shù)列項數(shù)的增加,前一項與后一項之比越逼近黃金分割0.6180339887……
還有一項性質(zhì),從第二項開始,每個奇數(shù)項的平方都比前后兩項之積多1,每個偶數(shù)項的平方都比前后兩項之積少1
如果你看到有這樣一個題目:某人把一個8*8的方格切成四塊,拼成一個5*13的長方形,故作驚訝地問你:為什么64=65?其實就是利用了菲波那契數(shù)列的這個性質(zhì):5、8、13正是數(shù)列中相鄰的三項,事實上前后兩塊的面積確實差1,只不過后面那個圖中有一條細長的狹縫,一般人不容易注意到
如果任意挑兩個數(shù)為起始,比如5、-2.4,然后兩項兩項地相加下去,形成5、-2.4、2.6、0.2、2.8、3、5.8、8.8、14.6……等,你將發(fā)現(xiàn)隨著數(shù)列的發(fā)展,前后兩項之比也越來越逼近黃金分割,且某一項的平方與前后兩項之積的差值也交替相差某個值
耐人尋味的斐波那契數(shù)列
湖南省瀏陽市第十中學(410317) 徐樹成
斐波那契(Leonardo Fibonacci,約1170——1250年)是意大利數(shù)學家,中世紀最有才華的數(shù)學家,生于比薩,早年跟隨經(jīng)商的父親到北非的布日伊(今阿爾及利亞東部的小港口貝賈亞),在那里受教育。以后走遍了埃及、希臘、敘利亞、印度、法國等國家。1202年編成《算經(jīng)》(或稱《算盤書》),這本書的出版使他成為一個聞名歐洲的數(shù)學家,他的書保存下來的共有5種。
《算經(jīng)》中記載著一個“兔子問題”,題目是:假定一對大兔子每一個月可以生一對小兔子,而小兔子出生后兩個月就有生殖能力,問從一對大兔子開始,一年后能繁殖成多少對兔子?(假定一年內(nèi)沒有發(fā)生死亡現(xiàn)象)。
用圖表示為:
一月 成
二月 成 未
三月 成 未 成
四月 成 未 成 未 成
五月 成 未 成 未 成 成 未 成
……
易發(fā)現(xiàn)其規(guī)律:從第3月起,每月的兔子對數(shù)是前面兩個月兔子對數(shù)之和,故1年內(nèi)繁殖成233對兔子。
于是,斐波那契得到一個數(shù)列:1,2,3,5,8,13,21,……,人們?yōu)榧o念他的發(fā)現(xiàn),在這個數(shù)列前面增加一項“1”后得到:1,1,2,3,5,8,13,21,34,……,稱之為“斐波那契數(shù)列”,這個數(shù)列的任意一項都叫做“斐波那契數(shù)”。
斐波那契數(shù)列:
1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, ……
從第三項開始每一項都是數(shù)列中前兩項之和。這個數(shù)列是斐波那契在他的《算盤書》的“兔子問題”中提出的。在問題中他假設(shè)如果一對兔子每月能生一對小兔(一雄一雌),而每對小兔在它出生后的第三個月,又能開始生小兔,如果沒有死亡,由一對剛出生的小兔開始,一年后一共會有多少對兔子?將問題一般化后答案就是,第n個月時的兔子數(shù)就是斐波那契數(shù)列的第n項。斐波那契數(shù)列和黃金分割數(shù)有很密切的聯(lián)系。
斐波那契并沒有把這個問題和這個數(shù)列看得特別重要,在《算盤書》中兔子問題只不過是書里許多問題中并不特別的其中一個罷了。但是在此后的歲月中,這個數(shù)列似乎和題中的高產(chǎn)兔子一樣,引發(fā)了為數(shù)眾多的數(shù)學論文和介紹文章(本文似乎也在步此后塵)。不過在這里我不想介紹浩如煙海的有關(guān)斐波那契數(shù)列的數(shù)學文章,只想欣賞大自然的造化。
在現(xiàn)實的自然世界中,《算盤書》里那樣的神奇兔子自然是找不到的,但是這并不妨礙大自然使用斐波那契數(shù)列。本期封面上是起絨草橢球狀的花頭,你可以看見那上面有許多螺旋。很容易想像,如果從上面俯視下去的話,這些螺旋從中心向外盤旋,有些是順時針方向的,還有些是逆時針方向的。為了仔細觀察這些螺旋,我們挑選另一種具有類似特點的植物——薊,它們的頭部幾乎呈球狀。在下面這個圖里,標出了兩條不同方向的螺旋。我們可以數(shù)一下,順時針旋轉(zhuǎn)的具有13條順時針旋轉(zhuǎn)和21條逆時針旋轉(zhuǎn)的螺旋的薊的頭部(和左邊那條旋轉(zhuǎn)方向相同)螺旋一共有13條,而逆時針旋轉(zhuǎn)的則有21條。而下面這幅圖中的順逆方向螺旋數(shù)目則恰好相反。
具有13條逆時針旋轉(zhuǎn)和21條逆時針旋轉(zhuǎn)的螺旋的薊的頭部
以這樣的形式排列種子、花瓣或葉子的植物還有很多(最容易讓人想到的是向日葵),下面的圖片是一些看起來明顯的例子(可以點擊看大圖),事實上許多常見的植物,我們食用的蔬菜如青菜,包心菜,芹菜等的葉子排列也具有這個特性,只是不容易觀察清楚。盡管這些順逆螺旋的數(shù)目并不固定,但它們也并不隨機,它們是斐波那契序列中的相鄰數(shù)字。這樣的螺旋被稱為斐波那契螺旋。
1.在數(shù)學上,斐波那契數(shù)列是以遞歸的方法來定義:
* F0 = 0
* F1 = 1
* Fn = Fn - 1 + Fn - 2
用文字來說,就是斐波那契數(shù)列由0和1開始,之后的斐波那契數(shù)就由之前的兩數(shù)相加.
2.遞推公式與斐波那契(Fibonacci)數(shù)列
例 有一個人把一對(雌雄各一)的大兔子放在自家的院子里飼養(yǎng),他想知道一年后能生出多少對兔子,假定這對大兔子每月可生雌雄各一的一對小兔子,而新生的一對小兔子經(jīng)過一個月可以長成大兔子,以后也是每月產(chǎn)雌雄各一的一對小兔子。問:一年后(也就是到第13個月開始)能生出多少對兔子?
解 由題設(shè)知,第一個月有一對兔子,第二個月開始時有兩對兔子(大、小兔子各一對),第三個月開始,新出生的小兔子剛長成大兔子還不能產(chǎn)仔,只有原來的一對大兔子產(chǎn)仔一對,共有2+1=3對兔子,它是第一、第二兩個月兔子對數(shù)的總和。
第四個月開始時,除第三個月出生的一對兔子不產(chǎn)仔外,其余的兩對兔子都能產(chǎn)仔,共產(chǎn)小兔子2對,與第二個月兔子的對數(shù)相同,因此共有2+3=5對,它等于第二、第三兩個月兔子對數(shù)的總和。
一般地,可這樣考慮:我們用f(n)表示第n個月初兔子的對數(shù)。因為第n個月開始時,除第n-1個月新生的兔子不能產(chǎn)仔外,其余的兔子,即在第n-2個月時已有的兔子都能產(chǎn)仔,而第n-2個月共有兔子數(shù)為f(n-2)對,故第n個月新生的小兔子共有f(n-2)。
又因為第n個月的兔子是由兩部分組成,一部分是在第n-1個月時已有的兔子,共f(n-1)對;另一部分是第n個月新生的小兔子,有f(n-2)對。因此,第n個月共有:
f(n)= f(n-1)+ f(n-2) ①
公式①給出了連續(xù)多年兔子數(shù)之間的關(guān)系,我們稱公式①為遞推公式。
我們已經(jīng)知道:f(1)=1 ,f(2)=2,當n≥3時,利用公式①可以計算出f(n)的值如下:
f(3)=1+2=3 f(4)=3+2=5
f(5)=5+3=8 f(6)=8+5=13
f(7)=13+8=21 f(8)=21+13=34
f(9)=34+21=55 f(10)=55+34=89
f(11)=89+55=144 f(12)=144+89=233
f(13)=233+144=377
解得:一年后(即第13個月)有兔子377對。
若規(guī)定f(0)=1,f(1) =1,由遞推公式①可得到數(shù)列
1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,…
數(shù)學界把這個數(shù)列叫做斐波那契數(shù)列,以紀念最先得到這個數(shù)列的數(shù)學家[斐波那契(Leonardo Fibonacci),(約1170~1250),是意大利數(shù)學家。