斐波那契数列通项求法

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斐波那契数列通项求法

为求得費波那西數列的一般表达式,可以借助线性代数的方法。高中的初等数学知识也能求出。

初等代数解法

已知

 a1 = 1

 a2 = 1

 an = an − 1 + an − 2

首先构建等比数列

设an +

αan − 1 = β(an − 1 + αan − 2)

化简得

an = (β − α)an − 1 + αβan − 2

比较系数可得:

不妨设β > 0,α > 0

解得:

所以有an + αan − 1 = β(an − 1 + αan − 2), 即为等比数列。

求出数列{an + αan − 1}

由以上可得:

变形得: 。

求数列{bn}进而得到{an}

设,解得。 故数列 为等比数列

即 。而 , 故有

又有 和

可得

得出 an 表达式

线性代数解法

构建一个矩阵方程

设Jn为第n个月有生育能力的兔子数量,An为这一月份的兔子数量。 上式表达了两个月之间,兔子数目之间的关系。而要求的是,An+1的表达式。

求矩阵的特征值:λ

行列式:-λ*(1-λ)-1*1=λ2-λ-1

当行列式的值为0,解得λ1= 或 λ2=

特征矢量

将两个特征值代入

求特征矢量 得

=

=

分解首矢量

第一个月的情况是兔子一对,新生0对。

将它分解为用特征矢量表示。 (4)

用数学归纳法证明

=

可得

(5)

化简矩阵方程

将(4) 代入 (5)

根据 3

求A的表达式

现在在6的基础上,可以很快求出An+1 的表达式,将两个特征值代入 6 中

(7) (7)即为An+1 的表达式

近似值

用计算机求解

可通过编程观察斐波那契数列。分为两类问题,一种已知数列中的某一项,求序数。第二种是已知序数,求该项的值。

可通过递归递推的算法解决此两个问题。 事实上当n相当巨大的时候,O(n)的递推/递归非常慢……这时候要用到矩阵加速这一技巧。