Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Участник:AntonM3135

1797 байт добавлено, 23:13, 10 января 2021
Фибоначева Система Исчисления
|definition = '''Числа Фибоначчи''' -- числовая последовательность первые два члена которой равны 0 и 1, либо 1 и 1, а каждый последующий равен сумме двух предыдущих
}}
[[Файл:FibonacciBlocks.png|thumb|Черепица с квадратами, длина сторон которых является последовательными числами Фибоначчи: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 и 21]]
$F_1=1, F_2=1, F_n=F_{n-1} + F_{n-2}$,
где $n>=2$ <br>пример: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, 6765, 10946, 17711, …<br> Числа также числа Фибоначчи задаются можно обобщить на произвольные начальные значения $F_1$ и $F_2$ например [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9BA7%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BB%D0%B5B0_%D0%B49B%D0D1%BE8E%D0%B2BA%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C|линейным рекуррентным соотношениемЧисла Люка$F_1$=1, $F_2$=1, $F_n$=$F_{n-1}$ + $F_{n-2}$, где $n>=2$
==Числа Фибоначчи и золотое сечение==
[[Файл:0_L7N1ispU7cFS4HV8.jpeg|200px|thumb|спираль золотого сечения]][https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5| Золотое сечение] может быть выражено, с помощью чисел Фибоначчи: $$\Phi=\lim\limits_{x \to \infty} \dfrac{F_{n+1}/}{F_n}$$
==Формула БиннеБине==
Формула $Бине$ выражает в явном виде значение $F_{n}$ как функцию от $n$:
$F_n=\dfrac{\phi^n - (-\phi)^{-n}}{2\phi - 1}$,где $<br>$\phi=\dfrac{\sqrt5 + 1}{2} $ - золотоесечение===Доказательство===:$\psi=\quad сечениеdfrac{1-\sqrt{5}}{2}=-\dfrac{1}{\phi}$Докажем формулу по индукции. Для этого нужно доказать равенство $\phi^n - \psi^n + \phi^{n+1} - \psi^{n+1}= \psi^{n+2} - \phi^{n+2}$,которое после преобразования превращается в $\phi^n(1 - \phi - \phi^2) = \psi^n(1 - \psi - \psi^2)$. Осталось заметить, что оба числа, $\phi$ и $\psi$, служат корнями многочлена $1 - a - a^2$, так что выражения в скобках в обеих частях равенства обращаются в ноль одновременно. Вот и доказан индуктивный переход. Что же касается базы индукции, то она совершенно очевидна при n=0 и n=1.
 ==ТоржестваТождества==* {{Теорема|statement=$\displaystyle\sum_{i=1}^{n} F_i=F_{n+2} - 1$|Hiden|proof===Доказательство===<p style="text-align:justify;">
Будем доказывать по индукции
'''База'''<br>
:$\displaystyle\sum_{i=1}^{n} F_i + F_{n+1}=F_{n + 1} + F_{n+2} -1$<br>
упрощая получается
:$\displaystyle\sum_{i=1}^{n+1} F_i = F_{n+3} - 1$<br>ч.т.д}}</p>{{Теорема|statement=$\displaystyle F_{1}+F_{3}+F_{5}+\dots +F_{2n-1}=F_{2n}$|proof=}} {{Теорема|statement=$\displaystyle F_{2}+F_{4}+F_{6}+\dots +F_{2n}=F_{2n+1}-1$|proof=}} {{Теорема|statement=$\displaystyle\sum_{i=1}^{2n -1} F_i^2=F_{n}F_{n+1}$|proof=}} {{Теорема|statement=$F_n^2 + F_{n+1}^2=F_{2n+1}$|proof=}}
{{Теорема
|statement=$\displaystyle F_{2n}=F_{n+1}^{2}-F_{n-1}^{2}$
|proof=
}}
 
{{Теорема
|statement=$\displaystyle F_{3n}=F_{n+1}^{3}+F_{n}^{3}-F_{n-1}^{3}$
|proof=
}}
 
{{Теорема
|statement=$\displaystyle F_{5n}=25F_{n}^{5}+25(-1)^{n}F_{n}^{3}+5F_{n}$
|proof=
}}
* $\displaystyle\sum_{i=1}^{2n -1} F_i=F_{2n}$Теорема* $F_2 + F_4 + F_6 + ... + F_{2n} |statement= F_{2n-1} -1$* $\displaystyle\sum_{i=1}^{2n -1} F_i^2=F_{n}F_{n+1}$*$F_n^2 + F_{n+1}^2=F_{2n+1}$*${\displaystyle F_{2n}=F_{n+1}^{2}-F_{n-1}^{2}}$*${\displaystyle F_{3n}=F_{n+1}^{3}+F_{n}^{3}-F_{n-1}^{3}}$*${\displaystyle F_{5n}=25F_{n}^{5}+25(-1)^{n}F_{n}^{3}+5F_{n}}.$*${\displaystyle F_{n+1}=\sum_{i=0}^{n} \binom{n-1}{i}} $<p>|proof=}}
:Из этой формулы следует, что сумма биномиальный коэффициентов на диагонали<br>треугольника паскаля есть число Фибоначчи<br>
все формулы легко доказываются по формуле Бинне</p>==Фибоначева Система Исчислениясчисления=='''Фибоначчива Система исчеслениясчисления''', в которой вес $n$-ного разряда равен $F_n$:позиционная система счисления для целых чисел на основе чисел Фибоначчи.:'''1010''' = 0*F_0 + 1*F_1 + 0*F_2 + 1*F_3$==Представление натуральных чисел===
{{Теорема
||statement=Любое натуральное неотрицательное целое число $\displaystyle a$ можно единственным образом представить в виде суммы одного или нескольких различных чисел Фибоначчи последовательностью битов $…ε_k…ε_4ε_3ε_2$ $\varepsilon _{k}\in \{0,1\}$ так, чтобы в этом представлении что $\displaystyle a=\sum _{k}\varepsilon _{k}F_{k}$, причём последовательность ${ε_k}$ содержит лишь конечное число единиц, и не оказалось двух имеет пар соседних чисел из последовательности Фибоначчиединиц:$\displaystyle \forall k\geq 2\colon (\varepsilon _{k}=1)\Rightarrow (\varepsilon _{k+1}=0)$.
|proof='''Докажем существование представления'''
:Можно доказать по индукции. Для $n$ = 1, 2, 3 утверждение очевидно верно (поскольку это числа Фибоначчи), для n = 4 имеем 4 = 3 + 1. Предположим, всякое натуральное $n ⩽ k$ имеет представление. Если $k + 1$ — число Фибоначчи, то утверждение доказано; если нет, то существует такое $j$, что $F_j < k + 1 < F_j + 1$. Рассмотрим $a = k + 1 − F_j$. Поскольку $a ⩽ k$, оно имеет представление (по предположению индукции). При этом $F_j + a < F_j + 1$, и поскольку $F_j + 1 = F_j + F_j − 1$ (по определению чисел Фибоначчи), $a < F_j − 1$, так что представление $a$ не содержит $F_j − 1$ . Таким образом, $k + 1$ может быть представлено в виде суммы $F_j$ и представления a<br>
'''Докажем воинственность единственность представления'''
:Вторая часть теоремы требует для доказательства следующую лемму:
{{Лемма '''Лемма''': |statement=Сумма элементов любого непустого множества различных подпоследовательности чисел Фибоначчи (без последовательных), с максимальным числом Fj меньших $F_j$ строго меньше, чем следующее число Фибоначчи $F_j + 1F_j$.|proof=Доказательство следует из Тождеств Лемма доказывается индукцией по j.}}
Теперь возьмем два непустых множества из различных непоследовательных чисел Фибоначчи '''S '''и '''T''' с одной и той же суммой элементов. Рассмотрим множества '''S′''' и '''T′''', равные '''S''' и '''T''', из которых удалены общие элементы (т. е. '''S′''' = '''S''' \ '''T''' и '''T′''' = '''T''' \ '''S'''). Поскольку '''S''' и '''T''' имеют одну и ту же сумму элементов, и из них удалены одни и те же элементы (а именно элементы из '''S ∩ T'''), '''S′''' и '''T′''' также должны иметь одну и ту же сумму элементов.
Докажем от противного, что хотя бы одно из множеств '''S′''' и '''T′''' пусто. Предположим, что это не так, т. е. что '''S′''' и '''T′''' оба непусты, и пусть наибольший элемент '''S′''' есть $F_s$, а наибольший элемент '''T′''' есть $F_t$. Поскольку '''S′''' и '''T′''' не содержат общих элементов, $F_s ≠ F_t$. Без потери общности предположим, что $F_s < F_t$. Тогда по лемме сумма элементов '''S′''' строго меньше, чем $F_s F_{s+ 11}$, т. е. строго меньше, чем $F_t$, поскольку сумма элементов '''T′''' не меньше, чем $F_t$. А это противоречит тому, что '''S′''' и '''T′''' имеют одинаковую сумму элементов. Следовательно, либо '''S′''', либо '''T′''' пусто.
Пусть (без потери общности) пусто '''S′'''. Тогда сумма элементов '''S′''' равна нулю, значит, сумма элементов '''T′''' также равна нулю, значит, '''T′''' — также пустое множество (оно содержит только натуральные числа). Значит, '''S′''' = '''T′''' = ∅, т. е. '''S = T''', что и требовалось доказать.
==Наихудший случай алгоритма Евклида==
Если для алгоритма Евклида требуются N шагов для пары натуральных чисел $a > b > 0$, наименьшие значения a и b, для которых это выполняется — числа Фибоначчи $F_{N+2}$ и $F_{N+1}$ соответственно. Тогда, если алгоритм Евклида требует N шагов для пары чисел $(a,b)$, где $a > b$, выполняются следующие неравенства $a ≥ F_{N+2}$ и $b ≥ F_{N+1}$. Доказать это можно по математической индукции. Если N = 1, тогда a делится на b без остатка. Наименьшие натуральные числа, для которых это верно, равны b = 1 и a = 2, соответственно F2 и F3. Предположим теперь, что результат выполняется для всех значений N до M − 1. Первый шаг алгоритма Евклида с M шагами $a = q0b q_0b + r0r_0$, и алгоритм Евклида для пары чисел $(b,r0r_0)$, где b > r0, требует M − 1 шагов. По предположению индукции имеем $b ≥ F_{M+1}$ и $r0 r_0 >= F_M$. Следовательно, $a = q_0b + r_0 ≥ b + r_0 ≥ F_{M+1} + F_M = F_{M+2}$, что является искомым неравенством. Это доказательство, опубликованное Габриэлем Ламе в 1844 году == Источники информации ==*[http://ru.wikipedia.org/wiki/Числа_Фибоначчи {{---}} Числа Фибоначчи]*[http://ru.wikipedia.org/wiki/Алгоритм_Евклида {{---}} Алгоритм Евклида]
10
правок

Навигация