Другие статьи

Цель нашей работы - изучение аминокислотного и минерального состава травы чертополоха поникшего
2010

Слово «этика» произошло от греческого «ethos», что в переводе означает обычай, нрав. Нравы и обычаи наших предков и составляли их нравственность, общепринятые нормы поведения.
2010

Артериальная гипертензия (АГ) является важнейшей медико-социальной проблемой. У 30% взрослого населения развитых стран мира определяется повышенный уровень артериального давления (АД) и у 12-15 % - наблюдается стойкая артериальная гипертензия
2010

Целью нашего исследования явилось определение эффективности применения препарата «Гинолакт» для лечения ВД у беременных.
2010

Целью нашего исследования явилось изучение эффективности и безопасности препарата лазолван 30мг у амбулаторных больных с ХОБЛ.
2010

Деформирующий остеоартроз (ДОА) в настоящее время является наиболее распространенным дегенеративно-дистрофическим заболеванием суставов, которым страдают не менее 20% населения земного шара.
2010

Целью работы явилась оценка анальгетической эффективности препарата Кетанов (кеторолак трометамин), у хирургических больных в послеоперационном периоде и возможности уменьшения использования наркотических анальгетиков.
2010

Для более объективного подтверждения мембранно-стабилизирующего влияния карбамезапина и ламиктала нами оценивались перекисная и механическая стойкости эритроцитов у больных эпилепсией
2010

Нами было проведено клинико-нейропсихологическое обследование 250 больных с ХИСФ (работающих в фосфорном производстве Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции)
2010


C использованием разработанных алгоритмов и моделей был произведен анализ ситуации в системе здравоохранения биогеохимической провинции. Рассчитаны интегрированные показатели здоровья
2010

Специфические особенности Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции связаны с производством фосфорных минеральных удобрений.
2010

Числа фибоначчи и их обобщение

В данной статье рассматриваются некоторые вопросы, связанные с числами Фибоначчи, которые преподаватели  могли  бы  применять  в  обучении  детей.  Целью  автора  является  подробное  изучение  и описание чисел Фибоначчи, а также создание базы оригинальных задач требующих нестандартного решения. Содержание статьи состоит из истории чисел Фибоначчи, определения и свойств чисел Фибоначчи, формулировки задач и их решения. 

I.  О числах Фибоначчи и их связь с тригонометрией

В   этой   части   мы    рассмотрим    числа    Фибоначчи   (определение,    свойства,    ...),    и   их   связь с тригонометрическими функциями, а также рассматриваются интересные вопросы, связанные с числами Фибоначчи, которые позволяют расширить кругозор читателя- математика. Подобные задания не часто рассматриваются в связи с специальностью свойств чисел Фибоначчи, хотя они являются существеным элементом теории чисел и прикладной математики (теории поиска, разрезания прямоугольника на сумму квадратов и др).

а) О числах Фибоначчи

Перед тем как объяснить свойства чисел Фибоначчи, рассмотрим следующую задачу:

«Сколько пар кроликов в год рождается из одной пары?»

«Некто поместил пару кроликов в некоем месте, огороженном со всех сторон стеной, чтобы узнать, сколько пар кроликов родится при этом в течения года, если порода кролика такова, что через месяц пара кроликов производит на свет другую пару, а рождают кролики со второго месяца после своего рождения».

Так как первая пара в первом месяце дает потомство, удвой, и в этом месяце окажутся 2 пары: из них одна пара, а именно первая, рождает в следующем месяце, так что во втором месяце оказывается 3 пары; у них в следующем месяце 2 пары будут давать потомство, так что в третьем месяце родятся ещё 2 пары кроликов и число пар кроликов в этом месяце достигнет 5; из них в этом же месяце будут давать потомство 3 пары, и число пар кроликов в четвертом месяце достигнет 8; в пятом месяце 5 пар произведут ещё 5 пар, что,  в  общем, будет  13,  далее,  в  шестом  рождают  8  пар  и  будет  21,  в  седьмом  - 34, в  восьмом  -  55, в девятом - 89, в десятом - 144, в одиннадцатом - 233, в двенадцатом - 377. Действительно, на этих полях можно заметить, что складывается первое со вторым, второе с третьим, третье с четвертым, и так далее, до тех пор, пока мы не сложим десятое с одиннадцатым, т.е. 144 и 233 и не получим 377, и так можно производить до бесконечного количества месяцев.

Перейдем от кроликов к числам, и рассмотрим следующую последовательность:

 

u1, u2, u3, …, un,

 

в которой каждый член равен сумме двух предыдущих членов, т. е. при всяком n>2

 

un = un-1 + un-2.

 

Такие последовательности, в которых каждый член определяется как некоторая функция предыдущих, часто встречаются в математике и называются рекуррентными. Если обратиться к важному частному случаю, когда u1 = 1, и u2 = 1, нетрудно проверить, что в этом случае первыми четырнадцатью членами будут числа:

 

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377,

 

которые уже встречались нам в задаче о кроликах. В честь автора этой задачи вся последовательность называется рядом Фибоначчи, а каждый его элемент называется число Фибоначчи.

Сама последовательность,  разумеется,  имеет  присущие  ему  свойства  (на  самом  деле  их  много, но в дальнейшем будут показаны только те, которые понадобятся в решении следующих задач).

 

б) Об одной задаче связанной с теоретико-числовым свойством чисел Фибоначчи

Для начала рассмотрим интересную и элементарную задачу, которая позволяет вникнуть в суть теоретико–числовых свойств чисел Фибоначчи.

Задача:

Найти возрастающую арифметическую прогрессию с наименьшей разностью, состоящую из натуральных чисел и не содержащую ни одного числа последовательности Фибоначчи.

Решение:

На самом деле известно, что любая прогрессия представима в виде « а1 + d × k », где k любое целое число, а1 – первый элемент последовательности, а d – это разность прогрессии.

 

 

Из книги Н. Воробьёва «Числа Фибоначчи» нам известно, что остатки от деления на m последовательных чисел Фибоначчи составляют периодическую последовательность с чистым периодом. Проверим для начала для m=2.

Сама последовательность Фибоначчи:

 

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 600, 977, 1577, 2554, 4131, 6685 …

 

При делении на m=2, вышеуказанные числа дают в остатках: 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, и т.д.

Очевидно, что если после единицы стоит ноль, то следующие два остатка будут 1, 1, что совпадают с начальными двумя остатками. Очевидно, остатки периодичны. Н. Воробьев подробно рассмотрел доказательства периодичности последовательности Фибоначчи по любому модулю mZ+.

Для  m=2  мы  имеем  все  возможные  вычеты  по  модулю  m=2  (0  и  1).  Это  значит,  что  любая

арифметическая прогрессия с разностью d=2, включает в себя бесконечно много чисел Фибоначчи.

Рассмотрим остатки при делении на m=3:

 

1, 1, 2, 0, 2, 2, 1, 0, 1, 1, 2, 0, 2, 2, 1, 0 и т.д. (с периодом 8)

 

Точно так же заметим, что мы имеем все возможные вычеты по модулю m=3. Рассмотрим остатки при делении на m=4:

 

1, 1, 2, 3, 1, 0, 1, 1, 2, 3, 1, 0, 1, 1, 2, 3, 1, 0 и т.д.     (с периодом 6)

 

Тут тоже имеем все возможные вычеты по модулю m=4. Рассмотрим остатки при делении на m=5:

 

1, 1, 2, 3, 0, 3, 3, 1, 4, 0, 4, 4, 3, 2, 0, 2, 2, 4, 1, 0 и т.д.     (с периодом 20)

 

Тут тоже имеем все возможные вычеты по модулю m=5. Рассмотрим остатки при делении на m=6:

1, 1, 2, 3, 5, 2, 1, 3, 4, 1, 5, 0, 5, 5, 4, 3, 1, 4, 5, 3, 2, 5, 1, 0 и т.д.     (с периодом 24)

 

Тут тоже имеем все возможные вычеты по модулю m=6. Рассмотрим остатки при делении на m=7:

 

1, 1, 2, 3, 5, 1, 6, 0, 6, 6, 5, 4, 2, 6, 1, 0 и т.д.     (с периодом 16)

 

Тут тоже имеем все возможные вычеты по модулю m=7. Теперь рассмотрим остатки при делении на m=8.

 

1, 1, 2, 3, 5, 0, 5, 5, 2, 7, 1, 0 и т.д. (с периодом 12)

 

Очень интересно, замечаем, что нет вычетов 4 и 6.

Следовательно, наименьшая прогрессия должна быть вида 8k+4, чтобы не включала в себе ни одного из чисел Фибоначчи.                     Теперь же, приступим к его доказательству.

Возьмём   un      как     n -ый элемент последовательности Фибоначчи.

u1=     u2   = 1;         un+2=  un+1   +  un    для  n =  1,  2,  3, …,       числа  u1,  u2,  u3,  …,  u14   дают при делении на 8 соответственно следующие остатки:

 

1, 1, 2, 3, 5, 0, 5, 5, 2, 7, 1, 0, 1, 1.

 

Отсюда видно, что u13  – u1         и       u14  – u2      делимы на 8.    Таким образом, можно сказать, что для n = 1 имеем, что                         un+12 – un делится    на 8, и un+13 – un+1      делится на 8.

Предположим       теперь, что последние два соотношения выполняются для некоторых натурального    n.

Тогда un+12 – un + un+13 – un+1         тоже делима на 8.

 

И un+12 + un+13 – (un + un+1 ) =     un+14 – un+2.

Если выполняется для n, то имеет значение и для n+1. Отсюда индукцией по n получаем, что un+12 – un делима на 8 для n = 1, 2, 3, 4, … . Таким образом доказано, что последовательность остатков, получаемых

 

 

при      делении       на     8     последовательных    чисел      Фибоначчи,       является     периодической        с     чистым двенадцатичленным периодом.

Рассмотрение полученной выше последовательности остатков от деления на 8 первых четырнадцати членов последовательности Фибоначчи показывает, что остатками могут быть только числа 0, 1, 2, 3, 5 и 7.

Так как среди остатков нет чисел 4 и 6, то в прогрессиях 8k+4 и 8k+6 (k = 1, 2, …) не содержится ни одного члена последовательности Фибоначчи. Это, очевидно, арифметические прогрессии (составленные из натуральных чисел) с наименьшей возможной при этих условиях натуральной разностью.

Но может быть задача и такого типа:

Найти арифметическую прогрессию ak+b (k= 0, 1, 2, …), где a и b – взаимно простые натуральные числа, не содержащие ни одного числа последовательности Фибоначчи.

Рассматривая далее остатки при делении для m     при m>8, постараемся найти ещё варианты, где не все вычеты присутствуют.

Рассмотрим остатки при делении на m=9:

 

1, 1, 2, 3, 5, 8, 4, 3, 7, 1, 8, 0, 8, 8, 7, 6, 4, 1, 5, 6, 2, 8, 1, 0 и т.д.     (с периодом 24)

 

Тут тоже имеем все возможные вычеты по модулю m=9. Рассмотрим остатки при делении на m=10:

 

1, 1, 2, 3, 5, 8, 3, 1, 4, 5, 9, 4, 3, 7, 0, 7, 7, 4, 1, 5, 6, 1, 7, 8 и т.д.     (с периодом 60)

 

Мы не стали рассматривать весь период, но выше понятно, что присутствуют все возможные вычеты по модулю m=10.

Рассмотрим остатки при делении на m=11:

1, 1, 2, 3, 5, 8, 2, 10, 1, 0 и т.д.     (с периодом 10) В этой последовательности нет чисел 4,6,7 и 9.

Каждое число взаимно простое с 11, следовательно, 11k+4 является решением.

Таким образом, исследуя, на первый взгляд, простую задачу, мы рассмотрели несколько немаловажных свойств чисел Фибоначчи.

 

6.3 Об одном аналитическим равенстве для чисел Фибоначчи. Имеет место утверждение:

При всех n≥2:

 

 

где:

 

un - n-ое число в последовательности Фибоначчи.

Для      начала    рассмотрим        справедливость    формулы       на     нескольких       числах,      например       для

 

n = 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Рассмотрим сперва для n=1.

 

u2 =     = 1 – 0 = 1              Что соответствует условию.

u3 = ( ) ( ) = (1 – 2i   ) ( 1 – 2i (-)) = (1-i) (1+i) = 1 - i2  = 1 + 1 = 2

Для u3 как видно тоже соответствует условию.

 

u4 = (                            ) (                              ) (                              ) =

= ( 1 – 2i   ) (1 – 0) (( 1 – 2i                 )) = ( 1 -         i ) ( 1 +         i) = 1 – 2i2 = 1 + 2 = 3    (Соответствует)

Теперь надо показать для случая, когда n = 5. То есть доказать, что:

 

u5 = ( ) ( ) ( ) ( ) = 5

Перемножив крайние получим:

 

 

 

u5 = (                            ) (                              ) (                              ) (                              )

 

Имея свойство cosα =     -cos(π – α)

Получаем         и    .         Подставляя значения:

u5 = ( ) (                            ) (                              ) ( ) =

= ( 1 + 4 cos2           ) ( 1 + 4 cos2              )                                                                              (1)

 

Теперь, чтобы решить далее, нам надо знать следующее свойство.

 

Мы знаем что     =

Действительно, зная свойства sin2α = 2 sinα cosα           и           cos2α = 1 – 2 sin2α , получаем:

 

sin = 2 sin cos  = 4 sin cos           cos      = 4 sin sin  cos  sin  = 4 sin                               sin       cos

1 = 4 sin       cos

1 = 4 sin ( 1 – 2 sin2     ) Раскрывая скобки и перенося в одну сторону, получаем уравнение:

8 sin3          – 4 sin       + 1 = 0                                                8x3  – 4x + 1 = 0

 

 

Разложив на множители, получаем:

 

 

(2x – 1) (4x2  – 2x – 1) = 0

 

 

 

Получаем три корня:

 

 

x1 =       ,       x2 =                  ,       x3 =

 

 

Зная, что sin   есть положительное и не равно   , получаем sin = =   Далее, как известно:

 

cos        = 1 – 2 sin2             = 1 –                  )2  = 1 – 2 (               ) = 1 – (              )     =

 

Окончательно имеем:

 

cos    = cos (   -   ) = sin   =

Равенство доказано.

Найденное значение подставляем в (1) и получаем:

 

( 1 + 4 cos2          ) ( 1 + 4 cos2              ) = ( 1 + 4 (            )2  ) ( 1 + 4 (           )2  ) =

 

= ( 1+ 4 (                ) ) (1 + 4 (                ) ) = ( 1 +                   ) ( 1 +                   ) =

=(                      ) (      ) = (                 ) = 5    ( Соответствует условию) Итак, мы показали, что наше утверждение верно в случае n=5.

 

 

И в последнюю очередь рассмотрим для n = 6.

 

f6 = (                            ) (                              ) (                              ) (                              ) (                              ) =

= (                    ) (                   ) ( ) (                             ) (                              ) =

= (                  ) (           ) (            ) (                  ) = ( 1 + 3) ( 1 + 1) = 8

 

Мы убедились, что для n=2, 3, 4, 5, 6 начальное условие верное. Теперь постараемся доказать следующее утверждение:

 

где [x] – это целая часть числа х. Доказательство:

Пусть  n  =  2m+1,  тогда  в  произведении  имеются  ровно       2m      сомножителей   объединяя  первое с последним, второе с предпоследним и т. д. до двух сомножителей стоящих рядом.

Количество пар принимает значение равное . Тогда:

(1 – 2i cos) (1 – 2i cos) = 1 – 2i(cos + cos) + 4i2 cos cos Зная утверждение cos(180 –               ) = -cos   , имеем cos = - cos

Подставляя в значения, получим:

– 2i(cos       + cos             ) + 4i2 cos       cos                 = 1 – 2i(cos       - cos     ) - 4i2 cos       cos        =

 

 

 

Пусть n=2m – четное число.

 

=1 – 2i(0) – 4(-1)                     = 1 + 4

 

 

 

Кроме одного сомножителя k = m =        все остальные также образуются попарно:

 

(1, n-1), (2, n-2), (3, n-3), …, (,  .

Здесь тоже количество пар принимает значение равное . Отсюда легко заметить, что в обоих случаях выполняется теорема:

 

 

В завершение рекомендуем прорешать следующие частные случаи основного равенства.

 

Случаи, рекомендуемые для самостоятельного доказательства:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

(2)

 

 

 

 

 

 

(3)

 

                                                                   (4)

 

При рассматрении нескольких случаев нам уже открылось несколько важных свойств  чисел Фибоначчи. После этой задачи нам стало известно, что   является половиной «золотого сечения»,  что может нам понадобиться в будущем при решении задачи в общем случае.

Здесь приведены несколько задач для самостоятельного решения:
  1. Найти m, n  Z, что                 Z;
  2. Найти m, n  Z, что                        Z;
  3. Показать корни следующего уравнения в соответствии с x, y. xy + 1 = x + y + p;

3

 
  • Решить следующую систему уравнений в целых числах: x1 + x2 + x3 = a

 

x

 

2

 

1

 

2  + x 2

 

+ x 2  = b

 

в частном случае при a = 54, и b = 1406;

  1. Доказать, что все решения в целых числах уравнения: y2 = x4 + x3 + x2 + x + 1

исчерпываются следующими парами: x = 0, -1, 3

y = ±1, ±1, ±11

Привести доказательство отсутствия других решений.

Разделы знаний

Архитектура

Научные статьи по Архитектуре

Биология

Научные статьи по биологии 

Военное дело

Научные статьи по военному делу

Востоковедение

Научные статьи по востоковедению

География

Научные статьи по географии

Журналистика

Научные статьи по журналистике

Инженерное дело

Научные статьи по инженерному делу

Информатика

Научные статьи по информатике

История

Научные статьи по истории, историографии, источниковедению, международным отношениям и пр.

Культурология

Научные статьи по культурологии

Литература

Литература. Литературоведение. Анализ произведений русской, казахской и зарубежной литературы. В данном разделе вы можете найти анализ рассказов Мухтара Ауэзова, описание творческой деятельности Уильяма Шекспира, анализ взглядов исследователей детского фольклора.  

Математика

Научные статьи о математике

Медицина

Научные статьи о медицине Казахстана

Международные отношения

Научные статьи посвященные международным отношениям

Педагогика

Научные статьи по педагогике, воспитанию, образованию

Политика

Научные статьи посвященные политике

Политология

Научные статьи по дисциплине Политология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Психология

В разделе "Психология" вы найдете публикации, статьи и доклады по научной и практической психологии, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. В своих работах авторы делают обзоры теорий различных психологических направлений и школ, описывают результаты исследований, приводят примеры методик и техник диагностики, а также дают свои рекомендации в различных вопросах психологии человека. Этот раздел подойдет для тех, кто интересуется последними исследованиями в области научной психологии. Здесь вы найдете материалы по психологии личности, психологии разивития, социальной и возрастной психологии и другим отраслям психологии.  

Религиоведение

Научные статьи по дисциплине Религиоведение опубликованные в Казахстанских научных журналах

Сельское хозяйство

Научные статьи по дисциплине Сельское хозяйство опубликованные в Казахстанских научных журналах

Социология

Научные статьи по дисциплине Социология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Технические науки

Научные статьи по техническим наукам опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физика

Научные статьи по дисциплине Физика опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физическая культура

Научные статьи по дисциплине Физическая культура опубликованные в Казахстанских научных журналах

Филология

Научные статьи по дисциплине Филология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Философия

Научные статьи по дисциплине Философия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Химия

Научные статьи по дисциплине Химия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Экология

Данный раздел посвящен экологии человека. Здесь вы найдете статьи и доклады об экологических проблемах в Казахстане, охране природы и защите окружающей среды, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. Авторы рассматривают такие вопросы экологии, как последствия испытаний на Чернобыльском и Семипалатинском полигонах, "зеленая экономика", экологическая безопасность продуктов питания, питьевая вода и природные ресурсы Казахстана. Раздел будет полезен тем, кто интересуется современным состоянием экологии Казахстана, а также последними разработками ученых в данном направлении науки.  

Экономика

Научные статьи по экономике, менеджменту, маркетингу, бухгалтерскому учету, аудиту, оценке недвижимости и пр.

Этнология

Научные статьи по Этнологии опубликованные в Казахстане

Юриспруденция

Раздел посвящен государству и праву, юридической науке, современным проблемам международного права, обзору действующих законов Республики Казахстан Здесь опубликованы статьи из научных журналов и сборников по следующим темам: международное право, государственное право, уголовное право, гражданское право, а также основные тенденции развития национальной правовой системы.