Как пишется фибоначчи

A tiling with squares whose side lengths are successive Fibonacci numbers: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 and 21.

In mathematics, the Fibonacci numbers, commonly denoted Fn, form a sequence, the Fibonacci sequence, in which each number is the sum of the two preceding ones. The sequence commonly starts from 0 and 1, although some authors start the sequence from 1 and 1 or sometimes (as did Fibonacci) from 1 and 2. Starting from 0 and 1, the first few values in the sequence are:[1]

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144.

The Fibonacci numbers were first described in Indian mathematics,[2][3][4] as early as 200 BC in work by Pingala on enumerating possible patterns of Sanskrit poetry formed from syllables of two lengths. They are named after the Italian mathematician Leonardo of Pisa, later known as Fibonacci, who introduced the sequence to Western European mathematics in his 1202 book Liber Abaci.[5]

Fibonacci numbers appear unexpectedly often in mathematics, so much so that there is an entire journal dedicated to their study, the Fibonacci Quarterly. Applications of Fibonacci numbers include computer algorithms such as the Fibonacci search technique and the Fibonacci heap data structure, and graphs called Fibonacci cubes used for interconnecting parallel and distributed systems. They also appear in biological settings, such as branching in trees, the arrangement of leaves on a stem, the fruit sprouts of a pineapple, the flowering of an artichoke, an uncurling fern, and the arrangement of a pine cone’s bracts.

Fibonacci numbers are also strongly related to the golden ratio: Binet’s formula expresses the nth Fibonacci number in terms of n and the golden ratio, and implies that the ratio of two consecutive Fibonacci numbers tends to the golden ratio as n increases. Fibonacci numbers are also closely related to Lucas numbers, which obey the same recurrence relation and with the Fibonacci numbers form a complementary pair of Lucas sequences.

Definition[edit]

The Fibonacci spiral: an approximation of the golden spiral created by drawing circular arcs connecting the opposite corners of squares in the Fibonacci tiling; (see preceding image)

The Fibonacci numbers may be defined by the recurrence relation[6]

{displaystyle F_{0}=0,quad F_{1}=1,}

and

{displaystyle F_{n}=F_{n-1}+F_{n-2}}

for n > 1.

Under some older definitions, the value F_{0}=0 is omitted, so that the sequence starts with {displaystyle F_{1}=F_{2}=1,} and the recurrence {displaystyle F_{n}=F_{n-1}+F_{n-2}} is valid for n > 2.[7][8]

The first 20 Fibonacci numbers Fn are:[1]

F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 1597 2584 4181

History[edit]

India[edit]

Thirteen (F7) ways of arranging long and short syllables in a cadence of length six. Eight (F6) end with a short syllable and five (F5) end with a long syllable.

The Fibonacci sequence appears in Indian mathematics, in connection with Sanskrit prosody.[3][9][10] In the Sanskrit poetic tradition, there was interest in enumerating all patterns of long (L) syllables of 2 units duration, juxtaposed with short (S) syllables of 1 unit duration. Counting the different patterns of successive L and S with a given total duration results in the Fibonacci numbers: the number of patterns of duration m units is Fm+1.[4]

Knowledge of the Fibonacci sequence was expressed as early as Pingala (c. 450 BC–200 BC). Singh cites Pingala’s cryptic formula misrau cha («the two are mixed») and scholars who interpret it in context as saying that the number of patterns for m beats (Fm+1) is obtained by adding one [S] to the Fm cases and one [L] to the Fm−1 cases.[11] Bharata Muni also expresses knowledge of the sequence in the Natya Shastra (c. 100 BC–c. 350 AD).[12][2]
However, the clearest exposition of the sequence arises in the work of Virahanka (c. 700 AD), whose own work is lost, but is available in a quotation by Gopala (c. 1135):[10]

Variations of two earlier meters [is the variation]… For example, for [a meter of length] four, variations of meters of two [and] three being mixed, five happens. [works out examples 8, 13, 21]… In this way, the process should be followed in all mātrā-vṛttas [prosodic combinations].[a]

Hemachandra (c. 1150) is credited with knowledge of the sequence as well,[2] writing that «the sum of the last and the one before the last is the number … of the next mātrā-vṛtta.»[14][15]

Europe[edit]

A page of Fibonacci’s Liber Abaci from the Biblioteca Nazionale di Firenze showing (in box on right) 13 entries of the Fibonacci sequence:
the indices from present to XII (months) as Latin ordinals and Roman numerals and the numbers (of rabbit pairs) as Hindu-Arabic numerals starting with 1, 2, 3, 5 and ending with 377.

The Fibonacci sequence first appears in the book Liber Abaci (The Book of Calculation, 1202) by Fibonacci[16][17] where it is used to calculate the growth of rabbit populations.[18][19] Fibonacci considers the growth of an idealized (biologically unrealistic) rabbit population, assuming that: a newly born breeding pair of rabbits are put in a field; each breeding pair mates at the age of one month, and at the end of their second month they always produce another pair of rabbits; and rabbits never die, but continue breeding forever. Fibonacci posed the puzzle: how many pairs will there be in one year?

  • At the end of the first month, they mate, but there is still only 1 pair.
  • At the end of the second month they produce a new pair, so there are 2 pairs in the field.
  • At the end of the third month, the original pair produce a second pair, but the second pair only mate to gestate for a month, so there are 3 pairs in all.
  • At the end of the fourth month, the original pair has produced yet another new pair, and the pair born two months ago also produces their first pair, making 5 pairs.

At the end of the nth month, the number of pairs of rabbits is equal to the number of mature pairs (that is, the number of pairs in month n – 2) plus the number of pairs alive last month (month n – 1). The number in the nth month is the nth Fibonacci number.[20]

The name «Fibonacci sequence» was first used by the 19th-century number theorist Édouard Lucas.[21]

In a growing idealized population, the number of rabbit pairs form the Fibonacci sequence. At the end of the nth month, the number of pairs is equal to Fn.

Relation to the golden ratio[edit]

Closed-form expression[edit]

Like every sequence defined by a linear recurrence with constant coefficients, the Fibonacci numbers have a closed-form expression. It has become known as Binet’s formula, named after French mathematician Jacques Philippe Marie Binet, though it was already known by Abraham de Moivre and Daniel Bernoulli:[22]

{displaystyle F_{n}={frac {varphi ^{n}-psi ^{n}}{varphi -psi }}={frac {varphi ^{n}-psi ^{n}}{sqrt {5}}},}

where

{displaystyle varphi ={frac {1+{sqrt {5}}}{2}}approx 1.61803,39887ldots }

is the golden ratio, and ψ is its conjugate:[23]

{displaystyle psi ={frac {1-{sqrt {5}}}{2}}=1-varphi =-{1 over varphi }approx -0.61803,39887ldots .}

Since {displaystyle psi =-varphi ^{-1}}, this formula can also be written as

{displaystyle F_{n}={frac {varphi ^{n}-(-varphi )^{-n}}{sqrt {5}}}={frac {varphi ^{n}-(-varphi )^{-n}}{2varphi -1}}.}

To see the relation between the sequence and these constants,[24] note that φ and ψ are both solutions of the equation

{displaystyle x^{2}=x+1quad {text{and, thus,}}quad x^{n}=x^{n-1}+x^{n-2},}

so the powers of φ and ψ satisfy the Fibonacci recursion. In other words,

{displaystyle varphi ^{n}=varphi ^{n-1}+varphi ^{n-2} }  and  {displaystyle  psi ^{n}=psi ^{n-1}+psi ^{n-2}.}

It follows that for any values a and b, the sequence defined by

{displaystyle U_{n}=avarphi ^{n}+bpsi ^{n}}

satisfies the same recurrence.

{displaystyle U_{n}=avarphi ^{n}+bpsi ^{n}=a(varphi ^{n-1}+varphi ^{n-2})+b(psi ^{n-1}+psi ^{n-2})=avarphi ^{n-1}+bpsi ^{n-1}+avarphi ^{n-2}+bpsi ^{n-2}=U_{n-1}+U_{n-2}}

If a and b are chosen so that U0 = 0 and U1 = 1 then the resulting sequence Un must be the Fibonacci sequence. This is the same as requiring a and b satisfy the system of equations:

{displaystyle left{{begin{array}{l}a+b=0\varphi a+psi b=1end{array}}right.}

which has solution

{displaystyle a={frac {1}{varphi -psi }}={frac {1}{sqrt {5}}},quad b=-a,}

producing the required formula.

Taking the starting values U0 and U1 to be arbitrary constants, a more general solution is:

{displaystyle U_{n}=avarphi ^{n}+bpsi ^{n}}

where

{displaystyle a={frac {U_{1}-U_{0}psi }{sqrt {5}}}}

{displaystyle b={frac {U_{0}varphi -U_{1}}{sqrt {5}}}.}

Computation by rounding[edit]

Since

{displaystyle left|{frac {psi ^{n}}{sqrt {5}}}right|<{frac {1}{2}}}

for all n ≥ 0, the number Fn is the closest integer to {frac {varphi ^{n}}{sqrt {5}}}. Therefore, it can be found by rounding, using the nearest integer function:

{displaystyle F_{n}=leftlfloor {frac {varphi ^{n}}{sqrt {5}}}rightrceil , ngeq 0.}

In fact, the rounding error is very small, being less than 0.1 for n ≥ 4, and less than 0.01 for n ≥ 8.

Fibonacci numbers can also be computed by truncation, in terms of the floor function:

{displaystyle F_{n}=leftlfloor {frac {varphi ^{n}}{sqrt {5}}}+{frac {1}{2}}rightrfloor , ngeq 0.}

As the floor function is monotonic, the latter formula can be inverted for finding the index n(F ) of the smallest Fibonacci number that is not less than a positive integer F:

{displaystyle n(F)=leftlceil log _{varphi }left(Fcdot {sqrt {5}}-{frac {1}{2}}right)rightrceil ,}

where {displaystyle log _{varphi }(x)=ln(x)/ln(varphi )=log _{10}(x)/log _{10}(varphi )}, {displaystyle ln(varphi )=0.481211ldots },[25] and {displaystyle log _{10}(varphi )=0.208987ldots }.[26]

Magnitude[edit]

Since Fn is asymptotic to varphi ^{n}/{sqrt {5}}, the number of digits in Fn is asymptotic to {displaystyle nlog _{10}varphi approx 0.2090,n}. As a consequence, for every integer d > 1 there are either 4 or 5 Fibonacci numbers with d decimal digits.

More generally, in the base b representation, the number of digits in Fn is asymptotic to {displaystyle nlog _{b}varphi .}

Limit of consecutive quotients[edit]

Johannes Kepler observed that the ratio of consecutive Fibonacci numbers converges. He wrote that «as 5 is to 8 so is 8 to 13, practically, and as 8 is to 13, so is 13 to 21 almost», and concluded that these ratios approach the golden ratio {displaystyle varphi colon } [27][28]

{displaystyle lim _{nto infty }{frac {F_{n+1}}{F_{n}}}=varphi .}

This convergence holds regardless of the starting values U_{0} and U_{1}, unless {displaystyle U_{1}=-U_{0}/varphi }. This can be verified using Binet’s formula. For example, the initial values 3 and 2 generate the sequence 3, 2, 5, 7, 12, 19, 31, 50, 81, 131, 212, 343, 555, … . The ratio of consecutive terms in this sequence shows the same convergence towards the golden ratio.

In general, {displaystyle lim _{nto infty }{frac {F_{n+m}}{F_{n}}}=varphi ^{m}}, because the ratios between consecutive Fibonacci numbers approaches varphi .

Successive tilings of the plane and a graph of approximations to the golden ratio calculated by dividing each Fibonacci number by the previous

Decomposition of powers[edit]

Since the golden ratio satisfies the equation

{displaystyle varphi ^{2}=varphi +1,}

this expression can be used to decompose higher powers varphi ^{n} as a linear function of lower powers, which in turn can be decomposed all the way down to a linear combination of varphi and 1. The resulting recurrence relationships yield Fibonacci numbers as the linear coefficients:

{displaystyle varphi ^{n}=F_{n}varphi +F_{n-1}.}

This equation can be proved by induction on n ≥ 1:

{displaystyle varphi ^{n+1}=(F_{n}varphi +F_{n-1})varphi =F_{n}varphi ^{2}+F_{n-1}varphi =F_{n}(varphi +1)+F_{n-1}varphi =(F_{n}+F_{n-1})varphi +F_{n}=F_{n+1}varphi +F_{n}.}

For {displaystyle psi =-1/varphi }, it is also the case that {displaystyle psi ^{2}=psi +1} and it is also the case that

{displaystyle psi ^{n}=F_{n}psi +F_{n-1}.}

These expressions are also true for n < 1 if the Fibonacci sequence Fn is extended to negative integers using the Fibonacci rule {displaystyle F_{n}=F_{n+2}-F_{n+1}.}

Identification[edit]

Binet’s formula provides a proof that a positive integer x is a Fibonacci number if and only if at least one of 5x^{2}+4 or 5x^{2}-4 is a perfect square.[29] This is because Binet’s formula, which can be written as {displaystyle F_{n}=(varphi ^{n}-(-1)^{n}varphi ^{-n})/{sqrt {5}}}, can be multiplied by {displaystyle {sqrt {5}}varphi ^{n}} and solved as a quadratic equation in varphi ^{n} via the quadratic formula:

{displaystyle varphi ^{n}={frac {F_{n}{sqrt {5}}pm {sqrt {5{F_{n}}^{2}+4(-1)^{n}}}}{2}}.}

Comparing this to {displaystyle varphi ^{n}=F_{n}varphi +F_{n-1}=(F_{n}{sqrt {5}}+F_{n}+2F_{n-1})/2}, it follows that

{displaystyle 5{F_{n}}^{2}+4(-1)^{n}=(F_{n}+2F_{n-1})^{2},.}

In particular, the left-hand side is a perfect square.

Matrix form[edit]

A 2-dimensional system of linear difference equations that describes the Fibonacci sequence is

{displaystyle {F_{k+2} choose F_{k+1}}={begin{pmatrix}1&1\1&0end{pmatrix}}{F_{k+1} choose F_{k}}}

alternatively denoted

{displaystyle {vec {F}}_{k+1}=mathbf {A} {vec {F}}_{k},}

which yields {displaystyle {vec {F}}_{n}=mathbf {A} ^{n}{vec {F}}_{0}}. The eigenvalues of the matrix A are {displaystyle varphi ={frac {1}{2}}(1+{sqrt {5}})} and {displaystyle psi =-varphi ^{-1}={frac {1}{2}}(1-{sqrt {5}})} corresponding to the respective eigenvectors

{displaystyle {vec {mu }}={varphi  choose 1}}

and

{displaystyle {vec {nu }}={-varphi ^{-1} choose 1}.}

As the initial value is

{displaystyle {vec {F}}_{0}={1 choose 0}={frac {1}{sqrt {5}}}{vec {mu }}-{frac {1}{sqrt {5}}}{vec {nu }},}

it follows that the nth term is

{displaystyle {begin{aligned}{vec {F}}_{n}&={frac {1}{sqrt {5}}}A^{n}{vec {mu }}-{frac {1}{sqrt {5}}}A^{n}{vec {nu }}\&={frac {1}{sqrt {5}}}varphi ^{n}{vec {mu }}-{frac {1}{sqrt {5}}}(-varphi )^{-n}{vec {nu }}~\&={cfrac {1}{sqrt {5}}}left({cfrac {1+{sqrt {5}}}{2}}right)^{n}{varphi  choose 1}-{cfrac {1}{sqrt {5}}}left({cfrac {1-{sqrt {5}}}{2}}right)^{n}{-varphi ^{-1} choose 1},end{aligned}}}

From this, the nth element in the Fibonacci series
may be read off directly as a closed-form expression:

{displaystyle F_{n}={cfrac {1}{sqrt {5}}}left({cfrac {1+{sqrt {5}}}{2}}right)^{n}-{cfrac {1}{sqrt {5}}}left({cfrac {1-{sqrt {5}}}{2}}right)^{n}.}

Equivalently, the same computation may be performed by diagonalization of A through use of its eigendecomposition:

{displaystyle {begin{aligned}A&=SLambda S^{-1},\A^{n}&=SLambda ^{n}S^{-1},end{aligned}}}

where Lambda ={begin{pmatrix}varphi &0\0&-varphi ^{-1}end{pmatrix}} and {displaystyle S={begin{pmatrix}varphi &-varphi ^{-1}\1&1end{pmatrix}}.}
The closed-form expression for the nth element in the Fibonacci series is therefore given by

{displaystyle {begin{aligned}{F_{n+1} choose F_{n}}&=A^{n}{F_{1} choose F_{0}}\&=SLambda ^{n}S^{-1}{F_{1} choose F_{0}}\&=S{begin{pmatrix}varphi ^{n}&0\0&(-varphi )^{-n}end{pmatrix}}S^{-1}{F_{1} choose F_{0}}\&={begin{pmatrix}varphi &-varphi ^{-1}\1&1end{pmatrix}}{begin{pmatrix}varphi ^{n}&0\0&(-varphi )^{-n}end{pmatrix}}{frac {1}{sqrt {5}}}{begin{pmatrix}1&varphi ^{-1}\-1&varphi end{pmatrix}}{1 choose 0},end{aligned}}}

which again yields

{displaystyle F_{n}={cfrac {varphi ^{n}-(-varphi )^{-n}}{sqrt {5}}}.}

The matrix A has a determinant of −1, and thus it is a 2 × 2 unimodular matrix.

This property can be understood in terms of the continued fraction representation for the golden ratio:

{displaystyle varphi =1+{cfrac {1}{1+{cfrac {1}{1+{cfrac {1}{1+ddots }}}}}}.}

The Fibonacci numbers occur as the ratio of successive convergents of the continued fraction for φ, and the matrix formed from successive convergents of any continued fraction has a determinant of +1 or −1. The matrix representation gives the following closed-form expression for the Fibonacci numbers:

{displaystyle {begin{pmatrix}1&1\1&0end{pmatrix}}^{n}={begin{pmatrix}F_{n+1}&F_{n}\F_{n}&F_{n-1}end{pmatrix}}.}

For a given n, this matrix can be computed in O(log(n)) arithmetic operations, using the exponentiation by squaring method.

Taking the determinant of both sides of this equation yields Cassini’s identity,

{displaystyle (-1)^{n}=F_{n+1}F_{n-1}-{F_{n}}^{2}.}

Moreover, since AnAm = An+m for any square matrix A, the following identities can be derived (they are obtained from two different coefficients of the matrix product, and one may easily deduce the second one from the first one by changing n into n + 1),

{displaystyle {begin{aligned}{F_{m}}{F_{n}}+{F_{m-1}}{F_{n-1}}&=F_{m+n-1},\F_{m}F_{n+1}+F_{m-1}F_{n}&=F_{m+n}.end{aligned}}}

In particular, with m = n,

{displaystyle {begin{array}{ll}F_{2n-1}&={F_{n}}^{2}+{F_{n-1}}^{2}\F_{2n}&=(F_{n-1}+F_{n+1})F_{n}\&=(2F_{n-1}+F_{n})F_{n}\&=(2F_{n+1}-F_{n})F_{n}.end{array}}}

These last two identities provide a way to compute Fibonacci numbers recursively in O(log(n)) arithmetic operations and in time O(M(n) log(n)), where M(n) is the time for the multiplication of two numbers of n digits. This matches the time for computing the nth Fibonacci number from the closed-form matrix formula, but with fewer redundant steps if one avoids recomputing an already computed Fibonacci number (recursion with memoization).[30]

Combinatorial identities[edit]

Combinatorial proofs[edit]

Most identities involving Fibonacci numbers can be proved using combinatorial arguments using the fact that F_{n} can be interpreted as the number of (possibly empty) sequences of 1s and 2s whose sum is n-1. This can be taken as the definition of F_{n} with the conventions F_{0}=0, meaning no such sequence exists whose sum is −1, and F_{1}=1, meaning the empty sequence «adds up» to 0. In the following, {displaystyle |{...}|} is the cardinality of a set:

{displaystyle F_{0}=0=|{}|}
{displaystyle F_{1}=1=|{{}}|}
{displaystyle F_{2}=1=|{{1}}|}
{displaystyle F_{3}=2=|{{1,1},{2}}|}
{displaystyle F_{4}=3=|{{1,1,1},{1,2},{2,1}}|}
{displaystyle F_{5}=5=|{{1,1,1,1},{1,1,2},{1,2,1},{2,1,1},{2,2}}|}

In this manner the recurrence relation

{displaystyle F_{n}=F_{n-1}+F_{n-2}}

may be understood by dividing the F_{n} sequences into two non-overlapping sets where all sequences either begin with 1 or 2:

{displaystyle F_{n}=|{{1,...},{1,...},...}|+|{{2,...},{2,...},...}|}

Excluding the first element, the remaining terms in each sequence sum to n-2 or n-3 and the cardinality of each set is {displaystyle F_{n-1}} or {displaystyle F_{n-2}} giving a total of {displaystyle F_{n-1}+F_{n-2}} sequences, showing this is equal to F_{n}.

In a similar manner it may be shown that the sum of the first Fibonacci numbers up to the nth is equal to the (n + 2)nd Fibonacci number minus 1.[31] In symbols:

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}=F_{n+2}-1}

This may be seen by dividing all sequences summing to n+1 based on the location of the first 2. Specifically, each set consists of those sequences that start {displaystyle {2,...},{1,2,...},...,} until the last two sets {displaystyle {{1,1,...,1,2}},{{1,1,...,1}}} each with cardinality 1.

Following the same logic as before, by summing the cardinality of each set we see that

{displaystyle F_{n+2}=F_{n}+F_{n-1}+...+|{{1,1,...,1,2}}|+|{{1,1,...,1}}|}

… where the last two terms have the value F_{1}=1. From this it follows that sum _{{i=1}}^{n}F_{i}=F_{{n+2}}-1.

A similar argument, grouping the sums by the position of the first 1 rather than the first 2 gives two more identities:

{displaystyle sum _{i=0}^{n-1}F_{2i+1}=F_{2n}}

and

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{2i}=F_{2n+1}-1.}

In words, the sum of the first Fibonacci numbers with odd index up to {displaystyle F_{2n-1}} is the (2n)th Fibonacci number, and the sum of the first Fibonacci numbers with even index up to {displaystyle F_{2n}} is the (2n + 1)st Fibonacci number minus 1.[32]

A different trick may be used to prove

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}^{2}=F_{n}F_{n+1}}

or in words, the sum of the squares of the first Fibonacci numbers up to F_{n} is the product of the nth and (n + 1)st Fibonacci numbers. To see this, begin with a Fibonacci rectangle of size {displaystyle F_{n}times F_{n+1}} and decompose it into squares of size {displaystyle F_{n},F_{n-1},...,F_{1}}; from this the identity follows by comparing areas:

Fibonacci Squares.svg

Symbolic method[edit]

The sequence {displaystyle (F_{n})_{nin mathbb {N} }} is also considered using the symbolic method.[33] More precisely, this sequence corresponds to a specifiable combinatorial class. The specification of this sequence is {displaystyle operatorname {Seq} ({mathcal {Z+Z^{2}}})}. Indeed, as stated above, the n-th Fibonacci number equals the number of combinatorial compositions (ordered partitions) of n-1 using terms 1 and 2.

It follows that the ordinary generating function of the Fibonacci sequence, i.e. {displaystyle sum _{i=0}^{infty }F_{i}z^{i}}, is the complex function {displaystyle {frac {z}{1-z-z^{2}}}.}

Induction proofs[edit]

Fibonacci identities often can be easily proved using mathematical induction.

For example, reconsider

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}=F_{n+2}-1.}

Adding {displaystyle F_{n+1}} to both sides gives

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}+F_{n+1}=F_{n+1}+F_{n+2}-1}

and so we have the formula for n+1

{displaystyle sum _{i=1}^{n+1}F_{i}=F_{n+3}-1}

Similarly, add {displaystyle {F_{n+1}}^{2}} to both sides of

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}^{2}=F_{n}F_{n+1}}

to give

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}^{2}+{F_{n+1}}^{2}=F_{n+1}left(F_{n}+F_{n+1}right)}

{displaystyle sum _{i=1}^{n+1}F_{i}^{2}=F_{n+1}F_{n+2}}

Binet formula proofs[edit]

The Binet formula is

{displaystyle {sqrt {5}}F_{n}=varphi ^{n}-psi ^{n}.}

This can be used to prove Fibonacci identities.

For example, to prove that {textstyle sum _{i=1}^{n}F_{i}=F_{n+2}-1}
note that the left hand side multiplied by {displaystyle {sqrt {5}}} becomes

{displaystyle {begin{aligned}1+&varphi +varphi ^{2}+dots +varphi ^{n}-left(1+psi +psi ^{2}+dots +psi ^{n}right)\&={frac {varphi ^{n+1}-1}{varphi -1}}-{frac {psi ^{n+1}-1}{psi -1}}\&={frac {varphi ^{n+1}-1}{-psi }}-{frac {psi ^{n+1}-1}{-varphi }}\&={frac {-varphi ^{n+2}+varphi +psi ^{n+2}-psi }{varphi psi }}\&=varphi ^{n+2}-psi ^{n+2}-(varphi -psi )\&={sqrt {5}}(F_{n+2}-1)\end{aligned}}}

as required, using the facts {textstyle varphi psi =-1} and {textstyle varphi -psi ={sqrt {5}}} to simplify the equations.

Other identities[edit]

Numerous other identities can be derived using various methods. Here are some of them:[34]

Cassini’s and Catalan’s identities[edit]

Cassini’s identity states that

{displaystyle {F_{n}}^{2}-F_{n+1}F_{n-1}=(-1)^{n-1}}

Catalan’s identity is a generalization:

{displaystyle {F_{n}}^{2}-F_{n+r}F_{n-r}=(-1)^{n-r}{F_{r}}^{2}}

d’Ocagne’s identity[edit]

{displaystyle F_{m}F_{n+1}-F_{m+1}F_{n}=(-1)^{n}F_{m-n}}

{displaystyle F_{2n}={F_{n+1}}^{2}-{F_{n-1}}^{2}=F_{n}left(F_{n+1}+F_{n-1}right)=F_{n}L_{n}}

where Ln is the n-th Lucas number. The last is an identity for doubling n; other identities of this type are

{displaystyle F_{3n}=2{F_{n}}^{3}+3F_{n}F_{n+1}F_{n-1}=5{F_{n}}^{3}+3(-1)^{n}F_{n}}

by Cassini’s identity.

{displaystyle F_{3n+1}={F_{n+1}}^{3}+3F_{n+1}{F_{n}}^{2}-{F_{n}}^{3}}

{displaystyle F_{3n+2}={F_{n+1}}^{3}+3{F_{n+1}}^{2}F_{n}+{F_{n}}^{3}}

{displaystyle F_{4n}=4F_{n}F_{n+1}left({F_{n+1}}^{2}+2{F_{n}}^{2}right)-3{F_{n}}^{2}left({F_{n}}^{2}+2{F_{n+1}}^{2}right)}

These can be found experimentally using lattice reduction, and are useful in setting up the special number field sieve to factorize a Fibonacci number.

More generally,[34]

{displaystyle F_{kn+c}=sum _{i=0}^{k}{k choose i}F_{c-i}{F_{n}}^{i}{F_{n+1}}^{k-i}.}

or alternatively

{displaystyle F_{kn+c}=sum _{i=0}^{k}{k choose i}F_{c+i}{F_{n}}^{i}{F_{n-1}}^{k-i}.}

Putting k = 2 in this formula, one gets again the formulas of the end of above section Matrix form.

Generating function[edit]

The generating function of the Fibonacci sequence is the power series

{displaystyle s(x)=sum _{k=0}^{infty }F_{k}x^{k}=sum _{k=1}^{infty }F_{k}x^{k}=0+x+x^{2}+2x^{3}+3x^{4}+dots .}

This series is convergent for |x|<{frac {1}{varphi }}, and its sum has a simple closed-form:[35]

{displaystyle s(x)={frac {x}{1-x-x^{2}}}}

This can be proved by using the Fibonacci recurrence to expand each coefficient in the infinite sum:

{displaystyle {begin{aligned}s(x)&=sum _{k=0}^{infty }F_{k}x^{k}\&=F_{0}+F_{1}x+sum _{k=2}^{infty }F_{k}x^{k}\&=0+1x+sum _{k=2}^{infty }F_{k}x^{k}\&=x+sum _{k=2}^{infty }left(F_{k-1}+F_{k-2}right)x^{k}\&=x+sum _{k=2}^{infty }F_{k-1}x^{k}+sum _{k=2}^{infty }F_{k-2}x^{k}\&=x+xsum _{k=2}^{infty }F_{k-1}x^{k-1}+x^{2}sum _{k=2}^{infty }F_{k-2}x^{k-2}\&=x+xsum _{k=1}^{infty }F_{k}x^{k}+x^{2}sum _{k=0}^{infty }F_{k}x^{k}\&=x+xs(x)+x^{2}s(x).end{aligned}}}

Solving the equation

{displaystyle s(x)=x+xs(x)+x^{2}s(x)}

for s(x) results in the closed form.

The partial fraction decomposition is given by

{displaystyle s(x)={frac {1}{sqrt {5}}}left({frac {1}{1-varphi x}}-{frac {1}{1-psi x}}right)}

where varphi ={frac  {1+{sqrt  {5}}}{2}} is the golden ratio and {displaystyle psi ={frac {1-{sqrt {5}}}{2}}} is its conjugate.

{displaystyle -s!left(-{frac {1}{x}}right)} gives the generating function for the negafibonacci numbers, and s(x) satisfies the functional equation

{displaystyle s(x)=s!left(-{frac {1}{x}}right).}

Reciprocal sums[edit]

Infinite sums over reciprocal Fibonacci numbers can sometimes be evaluated in terms of theta functions. For example, the sum of every odd-indexed reciprocal Fibonacci number can be written as

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{2k-1}}}={frac {sqrt {5}}{4}};vartheta _{2}!left(0,{frac {3-{sqrt {5}}}{2}}right)^{2},}

and the sum of squared reciprocal Fibonacci numbers as

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{{F_{k}}^{2}}}={frac {5}{24}}!left(vartheta _{2}!left(0,{frac {3-{sqrt {5}}}{2}}right)^{4}-vartheta _{4}!left(0,{frac {3-{sqrt {5}}}{2}}right)^{4}+1right).}

If we add 1 to each Fibonacci number in the first sum, there is also the closed form

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{1+F_{2k-1}}}={frac {sqrt {5}}{2}},}

and there is a nested sum of squared Fibonacci numbers giving the reciprocal of the golden ratio,

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {(-1)^{k+1}}{sum _{j=1}^{k}{F_{j}}^{2}}}={frac {{sqrt {5}}-1}{2}}.}

The sum of all even-indexed reciprocal Fibonacci numbers is[36]

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{2k}}}={sqrt {5}}left(L(psi ^{2})-L(psi ^{4})right)}

with the Lambert series {displaystyle textstyle L(q):=sum _{k=1}^{infty }{frac {q^{k}}{1-q^{k}}},} since {displaystyle textstyle {frac {1}{F_{2k}}}={sqrt {5}}left({frac {psi ^{2k}}{1-psi ^{2k}}}-{frac {psi ^{4k}}{1-psi ^{4k}}}right)!.}

So the reciprocal Fibonacci constant is[37]

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{k}}}=sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{2k-1}}}+sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{2k}}}=3.359885666243dots }

Moreover, this number has been proved irrational by Richard André-Jeannin.[38]

Millin’s series gives the identity[39]

{displaystyle sum _{k=0}^{infty }{frac {1}{F_{2^{k}}}}={frac {7-{sqrt {5}}}{2}},}

which follows from the closed form for its partial sums as N tends to infinity:

{displaystyle sum _{k=0}^{N}{frac {1}{F_{2^{k}}}}=3-{frac {F_{2^{N}-1}}{F_{2^{N}}}}.}

Primes and divisibility[edit]

Divisibility properties[edit]

Every third number of the sequence is even (a multiple of {displaystyle F_{3}=2}) and, more generally, every kth number of the sequence is a multiple of Fk. Thus the Fibonacci sequence is an example of a divisibility sequence. In fact, the Fibonacci sequence satisfies the stronger divisibility property[40][41]

{displaystyle gcd(F_{a},F_{b},F_{c},ldots )=F_{gcd(a,b,c,ldots )},}

where gcd is the greatest common divisor function.

In particular, any three consecutive Fibonacci numbers are pairwise coprime because both F_{1}=1 and {displaystyle F_{2}=1}. That is,

{displaystyle gcd(F_{n},F_{n+1})=gcd(F_{n},F_{n+2})=gcd(F_{n+1},F_{n+2})=1}

for every n.

Every prime number p divides a Fibonacci number that can be determined by the value of p modulo 5. If p is congruent to 1 or 4 modulo 5, then p divides Fp−1, and if p is congruent to 2 or 3 modulo 5, then, p divides Fp+1. The remaining case is that p = 5, and in this case p divides Fp.

{displaystyle {begin{cases}p=5&Rightarrow pmid F_{p},\pequiv pm 1{pmod {5}}&Rightarrow pmid F_{p-1},\pequiv pm 2{pmod {5}}&Rightarrow pmid F_{p+1}.end{cases}}}

These cases can be combined into a single, non-piecewise formula, using the Legendre symbol:[42]

{displaystyle pmid F_{p;-,left({frac {5}{p}}right)}.}

Primality testing[edit]

The above formula can be used as a primality test in the sense that if

{displaystyle nmid F_{n;-,left({frac {5}{n}}right)},}

where the Legendre symbol has been replaced by the Jacobi symbol, then this is evidence that n is a prime, and if it fails to hold, then n is definitely not a prime. If n is composite and satisfies the formula, then n is a Fibonacci pseudoprime. When m is large – say a 500-bit number – then we can calculate Fm (mod n) efficiently using the matrix form. Thus

{displaystyle {begin{pmatrix}F_{m+1}&F_{m}\F_{m}&F_{m-1}end{pmatrix}}equiv {begin{pmatrix}1&1\1&0end{pmatrix}}^{m}{pmod {n}}.}

Here the matrix power Am is calculated using modular exponentiation, which can be adapted to matrices.[43]

Fibonacci primes[edit]

A Fibonacci prime is a Fibonacci number that is prime. The first few are:[44]

2, 3, 5, 13, 89, 233, 1597, 28657, 514229, …

Fibonacci primes with thousands of digits have been found, but it is not known whether there are infinitely many.[45]

Fkn is divisible by Fn, so, apart from F4 = 3, any Fibonacci prime must have a prime index. As there are arbitrarily long runs of composite numbers, there are therefore also arbitrarily long runs of composite Fibonacci numbers.

No Fibonacci number greater than F6 = 8 is one greater or one less than a prime number.[46]

The only nontrivial square Fibonacci number is 144.[47] Attila Pethő proved in 2001 that there is only a finite number of perfect power Fibonacci numbers.[48] In 2006, Y. Bugeaud, M. Mignotte, and S. Siksek proved that 8 and 144 are the only such non-trivial perfect powers.[49]

1, 3, 21, and 55 are the only triangular Fibonacci numbers, which was conjectured by Vern Hoggatt and proved by Luo Ming.[50]

No Fibonacci number can be a perfect number.[51] More generally, no Fibonacci number other than 1 can be multiply perfect,[52] and no ratio of two Fibonacci numbers can be perfect.[53]

Prime divisors[edit]

With the exceptions of 1, 8 and 144 (F1 = F2, F6 and F12) every Fibonacci number has a prime factor that is not a factor of any smaller Fibonacci number (Carmichael’s theorem).[54] As a result, 8 and 144 (F6 and F12) are the only Fibonacci numbers that are the product of other Fibonacci numbers.[55]

The divisibility of Fibonacci numbers by a prime p is related to the Legendre symbol left({tfrac {p}{5}}right) which is evaluated as follows:

{displaystyle left({frac {p}{5}}right)={begin{cases}0&{text{if }}p=5\1&{text{if }}pequiv pm 1{pmod {5}}\-1&{text{if }}pequiv pm 2{pmod {5}}.end{cases}}}

If p is a prime number then

{displaystyle F_{p}equiv left({frac {p}{5}}right){pmod {p}}quad {text{and}}quad F_{p-left({frac {p}{5}}right)}equiv 0{pmod {p}}.}

[56][57]

For example,

{displaystyle {begin{aligned}({tfrac {2}{5}})&=-1,&F_{3}&=2,&F_{2}&=1,\({tfrac {3}{5}})&=-1,&F_{4}&=3,&F_{3}&=2,\({tfrac {5}{5}})&=0,&F_{5}&=5,\({tfrac {7}{5}})&=-1,&F_{8}&=21,&F_{7}&=13,\({tfrac {11}{5}})&=+1,&F_{10}&=55,&F_{11}&=89.end{aligned}}}

It is not known whether there exists a prime p such that

{displaystyle F_{p-left({frac {p}{5}}right)}equiv 0{pmod {p^{2}}}.}

Such primes (if there are any) would be called Wall–Sun–Sun primes.

Also, if p ≠ 5 is an odd prime number then:[58]

{displaystyle 5{F_{frac {ppm 1}{2}}}^{2}equiv {begin{cases}{tfrac {1}{2}}left(5left({frac {p}{5}}right)pm 5right){pmod {p}}&{text{if }}pequiv 1{pmod {4}}\{tfrac {1}{2}}left(5left({frac {p}{5}}right)mp 3right){pmod {p}}&{text{if }}pequiv 3{pmod {4}}.end{cases}}}

Example 1. p = 7, in this case p ≡ 3 (mod 4) and we have:

{displaystyle ({tfrac {7}{5}})=-1:qquad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {7}{5}})+3right)=-1,quad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {7}{5}})-3right)=-4.}

{displaystyle F_{3}=2{text{ and }}F_{4}=3.}

{displaystyle 5{F_{3}}^{2}=20equiv -1{pmod {7}};;{text{ and }};;5{F_{4}}^{2}=45equiv -4{pmod {7}}}

Example 2. p = 11, in this case p ≡ 3 (mod 4) and we have:

{displaystyle ({tfrac {11}{5}})=+1:qquad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {11}{5}})+3right)=4,quad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {11}{5}})-3right)=1.}

{displaystyle F_{5}=5{text{ and }}F_{6}=8.}

{displaystyle 5{F_{5}}^{2}=125equiv 4{pmod {11}};;{text{ and }};;5{F_{6}}^{2}=320equiv 1{pmod {11}}}

Example 3. p = 13, in this case p ≡ 1 (mod 4) and we have:

{displaystyle ({tfrac {13}{5}})=-1:qquad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {13}{5}})-5right)=-5,quad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {13}{5}})+5right)=0.}

{displaystyle F_{6}=8{text{ and }}F_{7}=13.}

{displaystyle 5{F_{6}}^{2}=320equiv -5{pmod {13}};;{text{ and }};;5{F_{7}}^{2}=845equiv 0{pmod {13}}}

Example 4. p = 29, in this case p ≡ 1 (mod 4) and we have:

{displaystyle ({tfrac {29}{5}})=+1:qquad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {29}{5}})-5right)=0,quad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {29}{5}})+5right)=5.}

{displaystyle F_{14}=377{text{ and }}F_{15}=610.}

{displaystyle 5{F_{14}}^{2}=710645equiv 0{pmod {29}};;{text{ and }};;5{F_{15}}^{2}=1860500equiv 5{pmod {29}}}

For odd n, all odd prime divisors of Fn are congruent to 1 modulo 4, implying that all odd divisors of Fn (as the products of odd prime divisors) are congruent to 1 modulo 4.[59]

For example,

{displaystyle F_{1}=1, F_{3}=2, F_{5}=5, F_{7}=13, F_{9}=34=2cdot 17, F_{11}=89, F_{13}=233, F_{15}=610=2cdot 5cdot 61.}

All known factors of Fibonacci numbers F(i ) for all i < 50000 are collected at the relevant repositories.[60][61]

Periodicity modulo n[edit]

If the members of the Fibonacci sequence are taken mod n, the resulting sequence is periodic with period at most 6n.[62] The lengths of the periods for various n form the so-called Pisano periods.[63] Determining a general formula for the Pisano periods is an open problem, which includes as a subproblem a special instance of the problem of finding the multiplicative order of a modular integer or of an element in a finite field. However, for any particular n, the Pisano period may be found as an instance of cycle detection.

Generalizations[edit]

The Fibonacci sequence is one of the simplest and earliest known sequences defined by a recurrence relation, and specifically by a linear difference equation. All these sequences may be viewed as generalizations of the Fibonacci sequence. In particular, Binet’s formula may be generalized to any sequence that is a solution of a homogeneous linear difference equation with constant coefficients.

Some specific examples that are close, in some sense, to the Fibonacci sequence include:

  • Generalizing the index to negative integers to produce the negafibonacci numbers.
  • Generalizing the index to real numbers using a modification of Binet’s formula.[34]
  • Starting with other integers. Lucas numbers have L1 = 1, L2 = 3, and Ln = Ln−1 + Ln−2. Primefree sequences use the Fibonacci recursion with other starting points to generate sequences in which all numbers are composite.
  • Letting a number be a linear function (other than the sum) of the 2 preceding numbers. The Pell numbers have Pn = 2Pn−1 + Pn−2. If the coefficient of the preceding value is assigned a variable value x, the result is the sequence of Fibonacci polynomials.
  • Not adding the immediately preceding numbers. The Padovan sequence and Perrin numbers have P(n) = P(n − 2) + P(n − 3).
  • Generating the next number by adding 3 numbers (tribonacci numbers), 4 numbers (tetranacci numbers), or more. The resulting sequences are known as n-Step Fibonacci numbers.[64]

Applications[edit]

Mathematics[edit]

The Fibonacci numbers are the sums of the «shallow» diagonals (shown in red) of Pascal’s triangle.

The Fibonacci numbers occur in the sums of «shallow» diagonals in Pascal’s triangle (see Binomial coefficient):[65]

The generating function can be expanded into

{displaystyle {frac {x}{1-x-x^{2}}}=x+x^{2}(1+x)+x^{3}(1+x)^{2}+dots +x^{k+1}(1+x)^{k}+dots =sum limits _{n=0}^{infty }F_{n}x^{n}}

and collecting like terms of x^{n}, we have the identity

{displaystyle F_{n}=sum _{k=0}^{leftlfloor {frac {n-1}{2}}rightrfloor }{binom {n-k-1}{k}}.}

To see how the formula is used, we can arrange the sums by the number of terms present:

5 = 1+1+1+1+1
= 2+1+1+1 = 1+2+1+1 = 1+1+2+1 = 1+1+1+2
= 2+2+1 = 2+1+2 = 1+2+2

which is {displaystyle {binom {5}{0}}+{binom {4}{1}}+{binom {3}{2}}}, where we are choosing the positions of k twos from nk−1 terms.

Use of the Fibonacci sequence to count {1, 2}-restricted compositions

These numbers also give the solution to certain enumerative problems,[66] the most common of which is that of counting the number of ways of writing a given number n as an ordered sum of 1s and 2s (called compositions); there are Fn+1 ways to do this (equivalently, it’s also the number of domino tilings of the 2times n rectangle). For example, there are F5+1 = F6 = 8 ways one can climb a staircase of 5 steps, taking one or two steps at a time:

5 = 1+1+1+1+1 = 2+1+1+1 = 1+2+1+1 = 1+1+2+1 = 2+2+1
= 1+1+1+2 = 2+1+2 = 1+2+2

The figure shows that 8 can be decomposed into 5 (the number of ways to climb 4 steps, followed by a single-step) plus 3 (the number of ways to climb 3 steps, followed by a double-step). The same reasoning is applied recursively until a single step, of which there is only one way to climb.

The Fibonacci numbers can be found in different ways among the set of binary strings, or equivalently, among the subsets of a given set.

  • The number of binary strings of length n without consecutive 1s is the Fibonacci number Fn+2. For example, out of the 16 binary strings of length 4, there are F6 = 8 without consecutive 1s – they are 0000, 0001, 0010, 0100, 0101, 1000, 1001, and 1010. Such strings are the binary representations of Fibbinary numbers. Equivalently, Fn+2 is the number of subsets S of {1, …, n} without consecutive integers, that is, those S for which {i, i + 1} ⊈ S for every i. A bijection with the sums to n+1 is to replace 1 with 0 and 2 with 10, and drop the last zero.
  • The number of binary strings of length n without an odd number of consecutive 1s is the Fibonacci number Fn+1. For example, out of the 16 binary strings of length 4, there are F5 = 5 without an odd number of consecutive 1s – they are 0000, 0011, 0110, 1100, 1111. Equivalently, the number of subsets S of {1, …, n} without an odd number of consecutive integers is Fn+1. A bijection with the sums to n is to replace 1 with 0 and 2 with 11.
  • The number of binary strings of length n without an even number of consecutive 0s or 1s is 2Fn. For example, out of the 16 binary strings of length 4, there are 2F4 = 6 without an even number of consecutive 0s or 1s – they are 0001, 0111, 0101, 1000, 1010, 1110. There is an equivalent statement about subsets.
  • Yuri Matiyasevich was able to show that the Fibonacci numbers can be defined by a Diophantine equation, which led to his solving Hilbert’s tenth problem.[67]
  • The Fibonacci numbers are also an example of a complete sequence. This means that every positive integer can be written as a sum of Fibonacci numbers, where any one number is used once at most.
  • Moreover, every positive integer can be written in a unique way as the sum of one or more distinct Fibonacci numbers in such a way that the sum does not include any two consecutive Fibonacci numbers. This is known as Zeckendorf’s theorem, and a sum of Fibonacci numbers that satisfies these conditions is called a Zeckendorf representation. The Zeckendorf representation of a number can be used to derive its Fibonacci coding.
  • Starting with 5, every second Fibonacci number is the length of the hypotenuse of a right triangle with integer sides, or in other words, the largest number in a Pythagorean triple, obtained from the formula

    {displaystyle (F_{n}F_{n+3})^{2}+(2F_{n+1}F_{n+2})^{2}={F_{2n+3}}^{2}.}

    The sequence of Pythagorean triangles obtained from this formula has sides of lengths (3,4,5), (5,12,13), (16,30,34), (39,80,89), … . The middle side of each of these triangles is the sum of the three sides of the preceding triangle.[68]

  • The Fibonacci cube is an undirected graph with a Fibonacci number of nodes that has been proposed as a network topology for parallel computing.
  • Fibonacci numbers appear in the ring lemma, used to prove connections between the circle packing theorem and conformal maps.[69]

Computer science[edit]

Fibonacci tree of height 6. Balance factors green; heights red.
The keys in the left spine are Fibonacci numbers.

  • The Fibonacci numbers are important in computational run-time analysis of Euclid’s algorithm to determine the greatest common divisor of two integers: the worst case input for this algorithm is a pair of consecutive Fibonacci numbers.[70]
  • Fibonacci numbers are used in a polyphase version of the merge sort algorithm in which an unsorted list is divided into two lists whose lengths correspond to sequential Fibonacci numbers – by dividing the list so that the two parts have lengths in the approximate proportion φ. A tape-drive implementation of the polyphase merge sort was described in The Art of Computer Programming.
  • A Fibonacci tree is a binary tree whose child trees (recursively) differ in height by exactly 1. So it is an AVL tree, and one with the fewest nodes for a given height — the «thinnest» AVL tree. These trees have a number of vertices that is a Fibonacci number minus one, an important fact in the analysis of AVL trees.[71]
  • Fibonacci numbers are used by some pseudorandom number generators.
  • Fibonacci numbers arise in the analysis of the Fibonacci heap data structure.
  • A one-dimensional optimization method, called the Fibonacci search technique, uses Fibonacci numbers.[72]
  • The Fibonacci number series is used for optional lossy compression in the IFF 8SVX audio file format used on Amiga computers. The number series compands the original audio wave similar to logarithmic methods such as μ-law.[73][74]
  • Some Agile teams use a modified series called the «Modified Fibonacci Series» in planning poker, as an estimation tool. Planning Poker is a formal part of the Scaled Agile Framework.[75]
  • Fibonacci coding
  • Negafibonacci coding

Nature[edit]

Yellow chamomile head showing the arrangement in 21 (blue) and 13 (aqua) spirals. Such arrangements involving consecutive Fibonacci numbers appear in a wide variety of plants.

Fibonacci sequences appear in biological settings,[76] such as branching in trees, arrangement of leaves on a stem, the fruitlets of a pineapple,[77] the flowering of artichoke, an uncurling fern and the arrangement of a pine cone,[78] and the family tree of honeybees.[79][80] Kepler pointed out the presence of the Fibonacci sequence in nature, using it to explain the (golden ratio-related) pentagonal form of some flowers.[81] Field daisies most often have petals in counts of Fibonacci numbers.[82] In 1830, K. F. Schimper and A. Braun discovered that the parastichies (spiral phyllotaxis) of plants were frequently expressed as fractions involving Fibonacci numbers.[83]

Przemysław Prusinkiewicz advanced the idea that real instances can in part be understood as the expression of certain algebraic constraints on free groups, specifically as certain Lindenmayer grammars.[84]

Illustration of Vogel’s model for n = 1 … 500

A model for the pattern of florets in the head of a sunflower was proposed by Helmut Vogel [de] in 1979.[85] This has the form

{displaystyle theta ={frac {2pi }{varphi ^{2}}}n, r=c{sqrt {n}}}

where n is the index number of the floret and c is a constant scaling factor; the florets thus lie on Fermat’s spiral. The divergence angle, approximately 137.51°, is the golden angle, dividing the circle in the golden ratio. Because this ratio is irrational, no floret has a neighbor at exactly the same angle from the center, so the florets pack efficiently. Because the rational approximations to the golden ratio are of the form F( j):F( j + 1), the nearest neighbors of floret number n are those at n ± F( j) for some index j, which depends on r, the distance from the center. Sunflowers and similar flowers most commonly have spirals of florets in clockwise and counter-clockwise directions in the amount of adjacent Fibonacci numbers,[86] typically counted by the outermost range of radii.[87]

Fibonacci numbers also appear in the pedigrees of idealized honeybees, according to the following rules:

  • If an egg is laid by an unmated female, it hatches a male or drone bee.
  • If, however, an egg was fertilized by a male, it hatches a female.

Thus, a male bee always has one parent, and a female bee has two. If one traces the pedigree of any male bee (1 bee), he has 1 parent (1 bee), 2 grandparents, 3 great-grandparents, 5 great-great-grandparents, and so on. This sequence of numbers of parents is the Fibonacci sequence. The number of ancestors at each level, Fn, is the number of female ancestors, which is Fn−1, plus the number of male ancestors, which is Fn−2.[88] This is under the unrealistic assumption that the ancestors at each level are otherwise unrelated.

The number of possible ancestors on the X chromosome inheritance line at a given ancestral generation follows the Fibonacci sequence. (After Hutchison, L. «Growing the Family Tree: The Power of DNA in Reconstructing Family Relationships».[89])

It has been noticed that the number of possible ancestors on the human X chromosome inheritance line at a given ancestral generation also follows the Fibonacci sequence.[89] A male individual has an X chromosome, which he received from his mother, and a Y chromosome, which he received from his father. The male counts as the «origin» of his own X chromosome (F_{1}=1), and at his parents’ generation, his X chromosome came from a single parent (F_{2}=1). The male’s mother received one X chromosome from her mother (the son’s maternal grandmother), and one from her father (the son’s maternal grandfather), so two grandparents contributed to the male descendant’s X chromosome ({displaystyle F_{3}=2}). The maternal grandfather received his X chromosome from his mother, and the maternal grandmother received X chromosomes from both of her parents, so three great-grandparents contributed to the male descendant’s X chromosome ({displaystyle F_{4}=3}). Five great-great-grandparents contributed to the male descendant’s X chromosome ({displaystyle F_{5}=5}), etc. (This assumes that all ancestors of a given descendant are independent, but if any genealogy is traced far enough back in time, ancestors begin to appear on multiple lines of the genealogy, until eventually a population founder appears on all lines of the genealogy.)

Other[edit]

  • In optics, when a beam of light shines at an angle through two stacked transparent plates of different materials of different refractive indexes, it may reflect off three surfaces: the top, middle, and bottom surfaces of the two plates. The number of different beam paths that have k reflections, for k > 1, is the kth Fibonacci number. (However, when k = 1, there are three reflection paths, not two, one for each of the three surfaces.)[90]
  • Fibonacci retracement levels are widely used in technical analysis for financial market trading.
  • Since the conversion factor 1.609344 for miles to kilometers is close to the golden ratio, the decomposition of distance in miles into a sum of Fibonacci numbers becomes nearly the kilometer sum when the Fibonacci numbers are replaced by their successors. This method amounts to a radix 2 number register in golden ratio base φ being shifted. To convert from kilometers to miles, shift the register down the Fibonacci sequence instead.[91]
  • The measured values of voltages and currents in the infinite resistor chain circuit (also called the resistor ladder or infinite series-parallel circuit) follow the Fibonacci sequence. The intermediate results of adding the alternating series and parallel resistances yields fractions composed of consecutive Fibonacci numbers. The equivalent resistance of the entire circuit equals the golden ratio.[92]
  • Brasch et al. 2012 show how a generalized Fibonacci sequence also can be connected to the field of economics.[93] In particular, it is shown how a generalized Fibonacci sequence enters the control function of finite-horizon dynamic optimisation problems with one state and one control variable. The procedure is illustrated in an example often referred to as the Brock–Mirman economic growth model.
  • Mario Merz included the Fibonacci sequence in some of his artworks beginning in 1970.[94]
  • Joseph Schillinger (1895–1943) developed a system of composition which uses Fibonacci intervals in some of its melodies; he viewed these as the musical counterpart to the elaborate harmony evident within nature.[95] See also Golden ratio § Music.

See also[edit]

  • The Fibonacci Association – Organization for research on Fibonacci numbers
  • Fibonacci numbers in popular culture
  • Fibonacci word – Binary sequence from Fibonacci recurrence
  • Random Fibonacci sequence – Randomized mathematical sequence based upon the Fibonacci sequence
  • Wythoff array – Infinite matrix of integers derived from the Fibonacci sequence

References[edit]

Explanatory footnotes[edit]

  1. ^ «For four, variations of meters of two [and] three being mixed, five happens. For five, variations of two earlier – three [and] four, being mixed, eight is obtained. In this way, for six, [variations] of four [and] of five being mixed, thirteen happens. And like that, variations of two earlier meters being mixed, seven morae [is] twenty-one. In this way, the process should be followed in all mātrā-vṛttas» [13]

Citations[edit]

  1. ^ a b Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A000045», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  2. ^ a b c Goonatilake, Susantha (1998), Toward a Global Science, Indiana University Press, p. 126, ISBN 978-0-253-33388-9
  3. ^ a b Singh, Parmanand (1985), «The So-called Fibonacci numbers in ancient and medieval India», Historia Mathematica, 12 (3): 229–44, doi:10.1016/0315-0860(85)90021-7
  4. ^ a b Knuth, Donald (2006), The Art of Computer Programming, vol. 4. Generating All Trees – History of Combinatorial Generation, Addison–Wesley, p. 50, ISBN 978-0-321-33570-8, it was natural to consider the set of all sequences of [L] and [S] that have exactly m beats. …there are exactly Fm+1 of them. For example the 21 sequences when m = 7 are: [gives list]. In this way Indian prosodists were led to discover the Fibonacci sequence, as we have observed in Section 1.2.8 (from v.1)
  5. ^ Sigler 2002, pp. 404–05.
  6. ^ Lucas 1891, p. 3.
  7. ^ Beck & Geoghegan 2010.
  8. ^ Bóna 2011, p. 180.
  9. ^ Knuth, Donald (1968), The Art of Computer Programming, vol. 1, Addison Wesley, p. 100, ISBN 978-81-7758-754-8, Before Fibonacci wrote his work, the sequence Fn had already been discussed by Indian scholars, who had long been interested in rhythmic patterns… both Gopala (before 1135 AD) and Hemachandra (c. 1150) mentioned the numbers 1,2,3,5,8,13,21 explicitly [see P. Singh Historia Math 12 (1985) 229–44]» p. 100 (3d ed)…
  10. ^ a b Livio 2003, p. 197.
  11. ^ Agrawala, VS (1969), Pāṇinikālīna Bhāratavarṣa (Hn.). Varanasi-I: TheChowkhamba Vidyabhawan, SadgurushiShya writes that Pingala was a younger brother of Pāṇini [Agrawala 1969, lb]. There is an alternative opinion that he was a maternal uncle of Pāṇini [Vinayasagar 1965, Preface, 121]. … Agrawala [1969, 463–76], after a careful investigation, in which he considered the views of earlier scholars, has concluded that Pāṇini lived between 480 and 410 BC
  12. ^ Singh, Parmanand (1985), «The So-called Fibonacci Numbers in Ancient and Medieval India», Historia Mathematica, Academic Press, 12 (3): 232, doi:10.1016/0315-0860(85)90021-7
  13. ^ Velankar, HD (1962), ‘Vṛttajātisamuccaya’ of kavi Virahanka, Jodhpur: Rajasthan Oriental Research Institute, p. 101
  14. ^ Livio 2003, p. 197–198.
  15. ^ Shah, Jayant (1991), «A History of Piṅgala’s Combinatorics» (PDF), Northeastern University: 41, retrieved 4 January 2019
  16. ^ Sigler 2002, pp. 404–405.
  17. ^ «Fibonacci’s Liber Abaci (Book of Calculation)», The University of Utah, 13 December 2009, retrieved 28 November 2018
  18. ^ Hemenway, Priya (2005), Divine Proportion: Phi In Art, Nature, and Science, New York: Sterling, pp. 20–21, ISBN 1-4027-3522-7
  19. ^ Knott, Dr. Ron (25 September 2016), «The Fibonacci Numbers and Golden section in Nature – 1», University of Surrey, retrieved 27 November 2018
  20. ^ Knott, Ron, Fibonacci’s Rabbits, University of Surrey Faculty of Engineering and Physical Sciences
  21. ^ Gardner, Martin (1996), Mathematical Circus, The Mathematical Association of America, p. 153, ISBN 978-0-88385-506-5, It is ironic that Leonardo, who made valuable contributions to mathematics, is remembered today mainly because a 19th-century French number theorist, Édouard Lucas… attached the name Fibonacci to a number sequence that appears in a trivial problem in Liber abaci
  22. ^ Beutelspacher, Albrecht; Petri, Bernhard (1996), «Fibonacci-Zahlen», Der Goldene Schnitt, Vieweg+Teubner Verlag, pp. 87–98, doi:10.1007/978-3-322-85165-9_6
  23. ^ Ball 2003, p. 156.
  24. ^ Ball 2003, pp. 155–156.
  25. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A002390», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  26. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A097348», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  27. ^ Kepler, Johannes (1966), A New Year Gift: On Hexagonal Snow, Oxford University Press, p. 92, ISBN 978-0-19-858120-8
  28. ^ Strena seu de Nive Sexangula, 1611
  29. ^ Gessel, Ira (October 1972), «Fibonacci is a Square» (PDF), The Fibonacci Quarterly, 10 (4): 417–19, retrieved April 11, 2012
  30. ^ Dijkstra, Edsger W. (1978), In honour of Fibonacci (PDF)
  31. ^ Lucas 1891, p. 4.
  32. ^ Vorobiev, Nikolaĭ Nikolaevich; Martin, Mircea (2002), «Chapter 1», Fibonacci Numbers, Birkhäuser, pp. 5–6, ISBN 978-3-7643-6135-8
  33. ^ Flajolet, Philippe; Sedgewick, Robert (2009), Analytic Combinatorics, Cambridge University Press, p. 42, ISBN 978-0521898065
  34. ^ a b c Weisstein, Eric W., «Fibonacci Number», MathWorld
  35. ^ Glaister, P (1995), «Fibonacci power series», The Mathematical Gazette, 79 (486): 521–25, doi:10.2307/3618079, JSTOR 3618079, S2CID 116536130
  36. ^ Landau (1899) quoted according Borwein, Page 95, Exercise 3b.
  37. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A079586», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  38. ^ André-Jeannin, Richard (1989), «Irrationalité de la somme des inverses de certaines suites récurrentes», Comptes Rendus de l’Académie des Sciences, Série I, 308 (19): 539–41, MR 0999451
  39. ^ Honsberger, Ross (1985), «Millin’s series», Mathematical Gems III, Dolciani Mathematical Expositions, vol. 9, American Mathematical Society, pp. 135–136, ISBN 9781470457181
  40. ^ Ribenboim, Paulo (2000), My Numbers, My Friends, Springer-Verlag
  41. ^ Su, Francis E (2000), «Fibonacci GCD’s, please», Mudd Math Fun Facts, et al, HMC, archived from the original on 2009-12-14, retrieved 2007-02-23
  42. ^ Williams, H. C. (1982), «A note on the Fibonacci quotient F_{p-varepsilon }/p«, Canadian Mathematical Bulletin, 25 (3): 366–70, doi:10.4153/CMB-1982-053-0, hdl:10338.dmlcz/137492, MR 0668957. Williams calls this property «well known».
  43. ^ Prime Numbers, Richard Crandall, Carl Pomerance, Springer, second edition, 2005, p. 142.
  44. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A005478», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  45. ^ Diaconis, Persi (2018), «Probabilizing Fibonacci numbers» (PDF), in Butler, Steve; Cooper, Joshua; Hurlbert, Glenn (eds.), Connections in Discrete Mathematics: A Celebration of the Work of Ron Graham, Cambridge University Press, pp. 1–12, ISBN 978-1-107-15398-1, MR 3821829
  46. ^ Honsberger, Ross (1985), «Mathematical Gems III», AMS Dolciani Mathematical Expositions (9): 133, ISBN 978-0-88385-318-4
  47. ^ Cohn, J. H. E. (1964), «On square Fibonacci numbers», The Journal of the London Mathematical Society, 39: 537–540, doi:10.1112/jlms/s1-39.1.537, MR 0163867
  48. ^ Pethő, Attila (2001), «Diophantine properties of linear recursive sequences II», Acta Mathematica Academiae Paedagogicae Nyíregyháziensis, 17: 81–96
  49. ^ Bugeaud, Y; Mignotte, M; Siksek, S (2006), «Classical and modular approaches to exponential Diophantine equations. I. Fibonacci and Lucas perfect powers», Ann. Math., 2 (163): 969–1018, arXiv:math/0403046, Bibcode:2004math……3046B, doi:10.4007/annals.2006.163.969, S2CID 10266596
  50. ^ Luo, Ming (1989), «On triangular Fibonacci numbers» (PDF), Fibonacci Quart., 27 (2): 98–108
  51. ^ Luca, Florian (2000), «Perfect Fibonacci and Lucas numbers», Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, 49 (2): 313–18, doi:10.1007/BF02904236, ISSN 1973-4409, MR 1765401, S2CID 121789033
  52. ^ Broughan, Kevin A.; González, Marcos J.; Lewis, Ryan H.; Luca, Florian; Mejía Huguet, V. Janitzio; Togbé, Alain (2011), «There are no multiply-perfect Fibonacci numbers», Integers, 11a: A7, MR 2988067
  53. ^ Luca, Florian; Mejía Huguet, V. Janitzio (2010), «On Perfect numbers which are ratios of two Fibonacci numbers», Annales Mathematicae at Informaticae, 37: 107–24, ISSN 1787-6117, MR 2753031
  54. ^ Knott, Ron, The Fibonacci numbers, UK: Surrey
  55. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A235383», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  56. ^ Ribenboim, Paulo (1996), The New Book of Prime Number Records, New York: Springer, p. 64, ISBN 978-0-387-94457-9
  57. ^ Lemmermeyer 2000, pp. 73–74, ex. 2.25–28.
  58. ^ Lemmermeyer 2000, pp. 73–74, ex. 2.28.
  59. ^ Lemmermeyer 2000, p. 73, ex. 2.27.
  60. ^ Fibonacci and Lucas factorizations, Mersennus collects all known factors of F(i) with i < 10000.
  61. ^ Factors of Fibonacci and Lucas numbers, Red golpe collects all known factors of F(i) with 10000 < i < 50000.
  62. ^ Freyd, Peter; Brown, Kevin S. (1993), «Problems and Solutions: Solutions: E3410», The American Mathematical Monthly, 99 (3): 278–79, doi:10.2307/2325076, JSTOR 2325076
  63. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A001175», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  64. ^ Lü, Kebo; Wang, Jun (2006), «k-step Fibonacci sequence modulo m«, Utilitas Mathematica, 71: 169–177, MR 2278830
  65. ^ Lucas 1891, p. 7.
  66. ^ Stanley, Richard (2011), Enumerative Combinatorics I (2nd ed.), Cambridge Univ. Press, p. 121, Ex 1.35, ISBN 978-1-107-60262-5
  67. ^ Harizanov, Valentina (1995), «Review of Yuri V. Matiyasevich, Hibert’s Tenth Problem«, Modern Logic, 5 (3): 345–55
  68. ^ Pagni, David (September 2001), «Fibonacci Meets Pythagoras», Mathematics in School, 30 (4): 39–40, JSTOR 30215477
  69. ^ Stephenson, Kenneth (2005), Introduction to Circle Packing: The Theory of Discrete Analytic Functions, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-82356-2, MR 2131318; see especially Lemma 8.2 (Ring Lemma), pp. 73–74, and Appendix B, The Ring Lemma, pp. 318–321.
  70. ^ Knuth, Donald E (1997), The Art of Computer Programming, vol. 1: Fundamental Algorithms (3rd ed.), Addison–Wesley, p. 343, ISBN 978-0-201-89683-1
  71. ^ Adelson-Velsky, Georgy; Landis, Evgenii (1962), «An algorithm for the organization of information», Proceedings of the USSR Academy of Sciences (in Russian), 146: 263–266 English translation by Myron J. Ricci in Soviet Mathematics — Doklady, 3:1259–1263, 1962.
  72. ^ Avriel, M; Wilde, DJ (1966), «Optimality of the Symmetric Fibonacci Search Technique», Fibonacci Quarterly (3): 265–69
  73. ^ Amiga ROM Kernel Reference Manual, Addison–Wesley, 1991
  74. ^ «IFF», Multimedia Wiki
  75. ^ Dean Leffingwell (2021-07-01), Story, Scaled Agile Framework, retrieved 2022-08-15
  76. ^ Douady, S; Couder, Y (1996), «Phyllotaxis as a Dynamical Self Organizing Process» (PDF), Journal of Theoretical Biology, 178 (3): 255–74, doi:10.1006/jtbi.1996.0026, archived from the original (PDF) on 2006-05-26
  77. ^ Jones, Judy; Wilson, William (2006), «Science», An Incomplete Education, Ballantine Books, p. 544, ISBN 978-0-7394-7582-9
  78. ^ Brousseau, A (1969), «Fibonacci Statistics in Conifers», Fibonacci Quarterly (7): 525–32
  79. ^ «Marks for the da Vinci Code: B–», Maths, Computer Science For Fun: CS4FN
  80. ^ Scott, T.C.; Marketos, P. (March 2014), On the Origin of the Fibonacci Sequence (PDF), MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews
  81. ^ Livio 2003, p. 110.
  82. ^ Livio 2003, pp. 112–13.
  83. ^ Varenne, Franck (2010), Formaliser le vivant — Lois, Théories, Modèles (in French), Hermann, p. 28, ISBN 9782705678128, retrieved 2022-10-30, En 1830, K. F. Schimper et A. Braun […]. Ils montraient que si l’on représente cet angle de divergence par une fraction reflétant le nombre de tours par feuille ([…]), on tombe régulièrement sur un des nombres de la suite de Fibonacci pour le numérateur […].
  84. ^ Prusinkiewicz, Przemyslaw; Hanan, James (1989), Lindenmayer Systems, Fractals, and Plants (Lecture Notes in Biomathematics), Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-97092-9
  85. ^ Vogel, Helmut (1979), «A better way to construct the sunflower head», Mathematical Biosciences, 44 (3–4): 179–89, doi:10.1016/0025-5564(79)90080-4
  86. ^ Livio 2003, p. 112.
  87. ^ Prusinkiewicz, Przemyslaw; Lindenmayer, Aristid (1990), «4», The Algorithmic Beauty of Plants, Springer-Verlag, pp. 101–107, ISBN 978-0-387-97297-8
  88. ^ «The Fibonacci sequence as it appears in nature» (PDF), The Fibonacci Quarterly, 1 (1): 53–56, 1963
  89. ^ a b Hutchison, Luke (September 2004), «Growing the Family Tree: The Power of DNA in Reconstructing Family Relationships» (PDF), Proceedings of the First Symposium on Bioinformatics and Biotechnology (BIOT-04), retrieved 2016-09-03
  90. ^ Livio 2003, pp. 98–99.
  91. ^ «Zeckendorf representation», Encyclopedia of Math
  92. ^ Patranabis, D.; Dana, S. K. (December 1985), «Single-shunt fault diagnosis through terminal attenuation measurement and using Fibonacci numbers», IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, IM-34 (4): 650–653, Bibcode:1985ITIM…34..650P, doi:10.1109/tim.1985.4315428, S2CID 35413237
  93. ^ Brasch, T. von; Byström, J.; Lystad, L.P. (2012), «Optimal Control and the Fibonacci Sequence», Journal of Optimization Theory and Applications, 154 (3): 857–78, doi:10.1007/s10957-012-0061-2, hdl:11250/180781, S2CID 8550726
  94. ^ Livio 2003, p. 176.
  95. ^ Livio 2003, p. 193.

Works cited[edit]

  • Ball, Keith M (2003), «8: Fibonacci’s Rabbits Revisited», Strange Curves, Counting Rabbits, and Other Mathematical Explorations, Princeton, NJ: Princeton University Press, ISBN 978-0-691-11321-0.
  • Beck, Matthias; Geoghegan, Ross (2010), The Art of Proof: Basic Training for Deeper Mathematics, New York: Springer, ISBN 978-1-4419-7022-0.
  • Bóna, Miklós (2011), A Walk Through Combinatorics (3rd ed.), New Jersey: World Scientific, ISBN 978-981-4335-23-2.
  • Borwein, Jonathan M.; Borwein, Peter B. (July 1998), Pi and the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity, Wiley, pp. 91–101, ISBN 978-0-471-31515-5
  • Lemmermeyer, Franz (2000), Reciprocity Laws: From Euler to Eisenstein, Springer Monographs in Mathematics, New York: Springer, ISBN 978-3-540-66957-9.
  • Livio, Mario (2003) [2002], The Golden Ratio: The Story of Phi, the World’s Most Astonishing Number (First trade paperback ed.), New York City: Broadway Books, ISBN 0-7679-0816-3
  • Lucas, Édouard (1891), Théorie des nombres (in French), vol. 1, Paris: Gauthier-Villars.
  • Sigler, L. E. (2002), Fibonacci’s Liber Abaci: A Translation into Modern English of Leonardo Pisano’s Book of Calculation, Sources and Studies in the History of Mathematics and Physical Sciences, Springer, ISBN 978-0-387-95419-6

External links[edit]

  • Sunflowers and Fibonacci — Numberphile on YouTube
  • Periods of Fibonacci Sequences Mod m at MathPages
  • Scientists find clues to the formation of Fibonacci spirals in nature
  • Fibonacci Sequence on In Our Time at the BBC
  • «Fibonacci numbers», Encyclopedia of Mathematics, EMS Press, 2001 [1994]
  • OEIS sequence A000045 (Fibonacci numbers)

A tiling with squares whose side lengths are successive Fibonacci numbers: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 and 21.

In mathematics, the Fibonacci numbers, commonly denoted Fn, form a sequence, the Fibonacci sequence, in which each number is the sum of the two preceding ones. The sequence commonly starts from 0 and 1, although some authors start the sequence from 1 and 1 or sometimes (as did Fibonacci) from 1 and 2. Starting from 0 and 1, the first few values in the sequence are:[1]

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144.

The Fibonacci numbers were first described in Indian mathematics,[2][3][4] as early as 200 BC in work by Pingala on enumerating possible patterns of Sanskrit poetry formed from syllables of two lengths. They are named after the Italian mathematician Leonardo of Pisa, later known as Fibonacci, who introduced the sequence to Western European mathematics in his 1202 book Liber Abaci.[5]

Fibonacci numbers appear unexpectedly often in mathematics, so much so that there is an entire journal dedicated to their study, the Fibonacci Quarterly. Applications of Fibonacci numbers include computer algorithms such as the Fibonacci search technique and the Fibonacci heap data structure, and graphs called Fibonacci cubes used for interconnecting parallel and distributed systems. They also appear in biological settings, such as branching in trees, the arrangement of leaves on a stem, the fruit sprouts of a pineapple, the flowering of an artichoke, an uncurling fern, and the arrangement of a pine cone’s bracts.

Fibonacci numbers are also strongly related to the golden ratio: Binet’s formula expresses the nth Fibonacci number in terms of n and the golden ratio, and implies that the ratio of two consecutive Fibonacci numbers tends to the golden ratio as n increases. Fibonacci numbers are also closely related to Lucas numbers, which obey the same recurrence relation and with the Fibonacci numbers form a complementary pair of Lucas sequences.

Definition[edit]

The Fibonacci spiral: an approximation of the golden spiral created by drawing circular arcs connecting the opposite corners of squares in the Fibonacci tiling; (see preceding image)

The Fibonacci numbers may be defined by the recurrence relation[6]

{displaystyle F_{0}=0,quad F_{1}=1,}

and

{displaystyle F_{n}=F_{n-1}+F_{n-2}}

for n > 1.

Under some older definitions, the value F_{0}=0 is omitted, so that the sequence starts with {displaystyle F_{1}=F_{2}=1,} and the recurrence {displaystyle F_{n}=F_{n-1}+F_{n-2}} is valid for n > 2.[7][8]

The first 20 Fibonacci numbers Fn are:[1]

F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 1597 2584 4181

History[edit]

India[edit]

Thirteen (F7) ways of arranging long and short syllables in a cadence of length six. Eight (F6) end with a short syllable and five (F5) end with a long syllable.

The Fibonacci sequence appears in Indian mathematics, in connection with Sanskrit prosody.[3][9][10] In the Sanskrit poetic tradition, there was interest in enumerating all patterns of long (L) syllables of 2 units duration, juxtaposed with short (S) syllables of 1 unit duration. Counting the different patterns of successive L and S with a given total duration results in the Fibonacci numbers: the number of patterns of duration m units is Fm+1.[4]

Knowledge of the Fibonacci sequence was expressed as early as Pingala (c. 450 BC–200 BC). Singh cites Pingala’s cryptic formula misrau cha («the two are mixed») and scholars who interpret it in context as saying that the number of patterns for m beats (Fm+1) is obtained by adding one [S] to the Fm cases and one [L] to the Fm−1 cases.[11] Bharata Muni also expresses knowledge of the sequence in the Natya Shastra (c. 100 BC–c. 350 AD).[12][2]
However, the clearest exposition of the sequence arises in the work of Virahanka (c. 700 AD), whose own work is lost, but is available in a quotation by Gopala (c. 1135):[10]

Variations of two earlier meters [is the variation]… For example, for [a meter of length] four, variations of meters of two [and] three being mixed, five happens. [works out examples 8, 13, 21]… In this way, the process should be followed in all mātrā-vṛttas [prosodic combinations].[a]

Hemachandra (c. 1150) is credited with knowledge of the sequence as well,[2] writing that «the sum of the last and the one before the last is the number … of the next mātrā-vṛtta.»[14][15]

Europe[edit]

A page of Fibonacci’s Liber Abaci from the Biblioteca Nazionale di Firenze showing (in box on right) 13 entries of the Fibonacci sequence:
the indices from present to XII (months) as Latin ordinals and Roman numerals and the numbers (of rabbit pairs) as Hindu-Arabic numerals starting with 1, 2, 3, 5 and ending with 377.

The Fibonacci sequence first appears in the book Liber Abaci (The Book of Calculation, 1202) by Fibonacci[16][17] where it is used to calculate the growth of rabbit populations.[18][19] Fibonacci considers the growth of an idealized (biologically unrealistic) rabbit population, assuming that: a newly born breeding pair of rabbits are put in a field; each breeding pair mates at the age of one month, and at the end of their second month they always produce another pair of rabbits; and rabbits never die, but continue breeding forever. Fibonacci posed the puzzle: how many pairs will there be in one year?

  • At the end of the first month, they mate, but there is still only 1 pair.
  • At the end of the second month they produce a new pair, so there are 2 pairs in the field.
  • At the end of the third month, the original pair produce a second pair, but the second pair only mate to gestate for a month, so there are 3 pairs in all.
  • At the end of the fourth month, the original pair has produced yet another new pair, and the pair born two months ago also produces their first pair, making 5 pairs.

At the end of the nth month, the number of pairs of rabbits is equal to the number of mature pairs (that is, the number of pairs in month n – 2) plus the number of pairs alive last month (month n – 1). The number in the nth month is the nth Fibonacci number.[20]

The name «Fibonacci sequence» was first used by the 19th-century number theorist Édouard Lucas.[21]

In a growing idealized population, the number of rabbit pairs form the Fibonacci sequence. At the end of the nth month, the number of pairs is equal to Fn.

Relation to the golden ratio[edit]

Closed-form expression[edit]

Like every sequence defined by a linear recurrence with constant coefficients, the Fibonacci numbers have a closed-form expression. It has become known as Binet’s formula, named after French mathematician Jacques Philippe Marie Binet, though it was already known by Abraham de Moivre and Daniel Bernoulli:[22]

{displaystyle F_{n}={frac {varphi ^{n}-psi ^{n}}{varphi -psi }}={frac {varphi ^{n}-psi ^{n}}{sqrt {5}}},}

where

{displaystyle varphi ={frac {1+{sqrt {5}}}{2}}approx 1.61803,39887ldots }

is the golden ratio, and ψ is its conjugate:[23]

{displaystyle psi ={frac {1-{sqrt {5}}}{2}}=1-varphi =-{1 over varphi }approx -0.61803,39887ldots .}

Since {displaystyle psi =-varphi ^{-1}}, this formula can also be written as

{displaystyle F_{n}={frac {varphi ^{n}-(-varphi )^{-n}}{sqrt {5}}}={frac {varphi ^{n}-(-varphi )^{-n}}{2varphi -1}}.}

To see the relation between the sequence and these constants,[24] note that φ and ψ are both solutions of the equation

{displaystyle x^{2}=x+1quad {text{and, thus,}}quad x^{n}=x^{n-1}+x^{n-2},}

so the powers of φ and ψ satisfy the Fibonacci recursion. In other words,

{displaystyle varphi ^{n}=varphi ^{n-1}+varphi ^{n-2} }  and  {displaystyle  psi ^{n}=psi ^{n-1}+psi ^{n-2}.}

It follows that for any values a and b, the sequence defined by

{displaystyle U_{n}=avarphi ^{n}+bpsi ^{n}}

satisfies the same recurrence.

{displaystyle U_{n}=avarphi ^{n}+bpsi ^{n}=a(varphi ^{n-1}+varphi ^{n-2})+b(psi ^{n-1}+psi ^{n-2})=avarphi ^{n-1}+bpsi ^{n-1}+avarphi ^{n-2}+bpsi ^{n-2}=U_{n-1}+U_{n-2}}

If a and b are chosen so that U0 = 0 and U1 = 1 then the resulting sequence Un must be the Fibonacci sequence. This is the same as requiring a and b satisfy the system of equations:

{displaystyle left{{begin{array}{l}a+b=0\varphi a+psi b=1end{array}}right.}

which has solution

{displaystyle a={frac {1}{varphi -psi }}={frac {1}{sqrt {5}}},quad b=-a,}

producing the required formula.

Taking the starting values U0 and U1 to be arbitrary constants, a more general solution is:

{displaystyle U_{n}=avarphi ^{n}+bpsi ^{n}}

where

{displaystyle a={frac {U_{1}-U_{0}psi }{sqrt {5}}}}

{displaystyle b={frac {U_{0}varphi -U_{1}}{sqrt {5}}}.}

Computation by rounding[edit]

Since

{displaystyle left|{frac {psi ^{n}}{sqrt {5}}}right|<{frac {1}{2}}}

for all n ≥ 0, the number Fn is the closest integer to {frac {varphi ^{n}}{sqrt {5}}}. Therefore, it can be found by rounding, using the nearest integer function:

{displaystyle F_{n}=leftlfloor {frac {varphi ^{n}}{sqrt {5}}}rightrceil , ngeq 0.}

In fact, the rounding error is very small, being less than 0.1 for n ≥ 4, and less than 0.01 for n ≥ 8.

Fibonacci numbers can also be computed by truncation, in terms of the floor function:

{displaystyle F_{n}=leftlfloor {frac {varphi ^{n}}{sqrt {5}}}+{frac {1}{2}}rightrfloor , ngeq 0.}

As the floor function is monotonic, the latter formula can be inverted for finding the index n(F ) of the smallest Fibonacci number that is not less than a positive integer F:

{displaystyle n(F)=leftlceil log _{varphi }left(Fcdot {sqrt {5}}-{frac {1}{2}}right)rightrceil ,}

where {displaystyle log _{varphi }(x)=ln(x)/ln(varphi )=log _{10}(x)/log _{10}(varphi )}, {displaystyle ln(varphi )=0.481211ldots },[25] and {displaystyle log _{10}(varphi )=0.208987ldots }.[26]

Magnitude[edit]

Since Fn is asymptotic to varphi ^{n}/{sqrt {5}}, the number of digits in Fn is asymptotic to {displaystyle nlog _{10}varphi approx 0.2090,n}. As a consequence, for every integer d > 1 there are either 4 or 5 Fibonacci numbers with d decimal digits.

More generally, in the base b representation, the number of digits in Fn is asymptotic to {displaystyle nlog _{b}varphi .}

Limit of consecutive quotients[edit]

Johannes Kepler observed that the ratio of consecutive Fibonacci numbers converges. He wrote that «as 5 is to 8 so is 8 to 13, practically, and as 8 is to 13, so is 13 to 21 almost», and concluded that these ratios approach the golden ratio {displaystyle varphi colon } [27][28]

{displaystyle lim _{nto infty }{frac {F_{n+1}}{F_{n}}}=varphi .}

This convergence holds regardless of the starting values U_{0} and U_{1}, unless {displaystyle U_{1}=-U_{0}/varphi }. This can be verified using Binet’s formula. For example, the initial values 3 and 2 generate the sequence 3, 2, 5, 7, 12, 19, 31, 50, 81, 131, 212, 343, 555, … . The ratio of consecutive terms in this sequence shows the same convergence towards the golden ratio.

In general, {displaystyle lim _{nto infty }{frac {F_{n+m}}{F_{n}}}=varphi ^{m}}, because the ratios between consecutive Fibonacci numbers approaches varphi .

Successive tilings of the plane and a graph of approximations to the golden ratio calculated by dividing each Fibonacci number by the previous

Decomposition of powers[edit]

Since the golden ratio satisfies the equation

{displaystyle varphi ^{2}=varphi +1,}

this expression can be used to decompose higher powers varphi ^{n} as a linear function of lower powers, which in turn can be decomposed all the way down to a linear combination of varphi and 1. The resulting recurrence relationships yield Fibonacci numbers as the linear coefficients:

{displaystyle varphi ^{n}=F_{n}varphi +F_{n-1}.}

This equation can be proved by induction on n ≥ 1:

{displaystyle varphi ^{n+1}=(F_{n}varphi +F_{n-1})varphi =F_{n}varphi ^{2}+F_{n-1}varphi =F_{n}(varphi +1)+F_{n-1}varphi =(F_{n}+F_{n-1})varphi +F_{n}=F_{n+1}varphi +F_{n}.}

For {displaystyle psi =-1/varphi }, it is also the case that {displaystyle psi ^{2}=psi +1} and it is also the case that

{displaystyle psi ^{n}=F_{n}psi +F_{n-1}.}

These expressions are also true for n < 1 if the Fibonacci sequence Fn is extended to negative integers using the Fibonacci rule {displaystyle F_{n}=F_{n+2}-F_{n+1}.}

Identification[edit]

Binet’s formula provides a proof that a positive integer x is a Fibonacci number if and only if at least one of 5x^{2}+4 or 5x^{2}-4 is a perfect square.[29] This is because Binet’s formula, which can be written as {displaystyle F_{n}=(varphi ^{n}-(-1)^{n}varphi ^{-n})/{sqrt {5}}}, can be multiplied by {displaystyle {sqrt {5}}varphi ^{n}} and solved as a quadratic equation in varphi ^{n} via the quadratic formula:

{displaystyle varphi ^{n}={frac {F_{n}{sqrt {5}}pm {sqrt {5{F_{n}}^{2}+4(-1)^{n}}}}{2}}.}

Comparing this to {displaystyle varphi ^{n}=F_{n}varphi +F_{n-1}=(F_{n}{sqrt {5}}+F_{n}+2F_{n-1})/2}, it follows that

{displaystyle 5{F_{n}}^{2}+4(-1)^{n}=(F_{n}+2F_{n-1})^{2},.}

In particular, the left-hand side is a perfect square.

Matrix form[edit]

A 2-dimensional system of linear difference equations that describes the Fibonacci sequence is

{displaystyle {F_{k+2} choose F_{k+1}}={begin{pmatrix}1&1\1&0end{pmatrix}}{F_{k+1} choose F_{k}}}

alternatively denoted

{displaystyle {vec {F}}_{k+1}=mathbf {A} {vec {F}}_{k},}

which yields {displaystyle {vec {F}}_{n}=mathbf {A} ^{n}{vec {F}}_{0}}. The eigenvalues of the matrix A are {displaystyle varphi ={frac {1}{2}}(1+{sqrt {5}})} and {displaystyle psi =-varphi ^{-1}={frac {1}{2}}(1-{sqrt {5}})} corresponding to the respective eigenvectors

{displaystyle {vec {mu }}={varphi  choose 1}}

and

{displaystyle {vec {nu }}={-varphi ^{-1} choose 1}.}

As the initial value is

{displaystyle {vec {F}}_{0}={1 choose 0}={frac {1}{sqrt {5}}}{vec {mu }}-{frac {1}{sqrt {5}}}{vec {nu }},}

it follows that the nth term is

{displaystyle {begin{aligned}{vec {F}}_{n}&={frac {1}{sqrt {5}}}A^{n}{vec {mu }}-{frac {1}{sqrt {5}}}A^{n}{vec {nu }}\&={frac {1}{sqrt {5}}}varphi ^{n}{vec {mu }}-{frac {1}{sqrt {5}}}(-varphi )^{-n}{vec {nu }}~\&={cfrac {1}{sqrt {5}}}left({cfrac {1+{sqrt {5}}}{2}}right)^{n}{varphi  choose 1}-{cfrac {1}{sqrt {5}}}left({cfrac {1-{sqrt {5}}}{2}}right)^{n}{-varphi ^{-1} choose 1},end{aligned}}}

From this, the nth element in the Fibonacci series
may be read off directly as a closed-form expression:

{displaystyle F_{n}={cfrac {1}{sqrt {5}}}left({cfrac {1+{sqrt {5}}}{2}}right)^{n}-{cfrac {1}{sqrt {5}}}left({cfrac {1-{sqrt {5}}}{2}}right)^{n}.}

Equivalently, the same computation may be performed by diagonalization of A through use of its eigendecomposition:

{displaystyle {begin{aligned}A&=SLambda S^{-1},\A^{n}&=SLambda ^{n}S^{-1},end{aligned}}}

where Lambda ={begin{pmatrix}varphi &0\0&-varphi ^{-1}end{pmatrix}} and {displaystyle S={begin{pmatrix}varphi &-varphi ^{-1}\1&1end{pmatrix}}.}
The closed-form expression for the nth element in the Fibonacci series is therefore given by

{displaystyle {begin{aligned}{F_{n+1} choose F_{n}}&=A^{n}{F_{1} choose F_{0}}\&=SLambda ^{n}S^{-1}{F_{1} choose F_{0}}\&=S{begin{pmatrix}varphi ^{n}&0\0&(-varphi )^{-n}end{pmatrix}}S^{-1}{F_{1} choose F_{0}}\&={begin{pmatrix}varphi &-varphi ^{-1}\1&1end{pmatrix}}{begin{pmatrix}varphi ^{n}&0\0&(-varphi )^{-n}end{pmatrix}}{frac {1}{sqrt {5}}}{begin{pmatrix}1&varphi ^{-1}\-1&varphi end{pmatrix}}{1 choose 0},end{aligned}}}

which again yields

{displaystyle F_{n}={cfrac {varphi ^{n}-(-varphi )^{-n}}{sqrt {5}}}.}

The matrix A has a determinant of −1, and thus it is a 2 × 2 unimodular matrix.

This property can be understood in terms of the continued fraction representation for the golden ratio:

{displaystyle varphi =1+{cfrac {1}{1+{cfrac {1}{1+{cfrac {1}{1+ddots }}}}}}.}

The Fibonacci numbers occur as the ratio of successive convergents of the continued fraction for φ, and the matrix formed from successive convergents of any continued fraction has a determinant of +1 or −1. The matrix representation gives the following closed-form expression for the Fibonacci numbers:

{displaystyle {begin{pmatrix}1&1\1&0end{pmatrix}}^{n}={begin{pmatrix}F_{n+1}&F_{n}\F_{n}&F_{n-1}end{pmatrix}}.}

For a given n, this matrix can be computed in O(log(n)) arithmetic operations, using the exponentiation by squaring method.

Taking the determinant of both sides of this equation yields Cassini’s identity,

{displaystyle (-1)^{n}=F_{n+1}F_{n-1}-{F_{n}}^{2}.}

Moreover, since AnAm = An+m for any square matrix A, the following identities can be derived (they are obtained from two different coefficients of the matrix product, and one may easily deduce the second one from the first one by changing n into n + 1),

{displaystyle {begin{aligned}{F_{m}}{F_{n}}+{F_{m-1}}{F_{n-1}}&=F_{m+n-1},\F_{m}F_{n+1}+F_{m-1}F_{n}&=F_{m+n}.end{aligned}}}

In particular, with m = n,

{displaystyle {begin{array}{ll}F_{2n-1}&={F_{n}}^{2}+{F_{n-1}}^{2}\F_{2n}&=(F_{n-1}+F_{n+1})F_{n}\&=(2F_{n-1}+F_{n})F_{n}\&=(2F_{n+1}-F_{n})F_{n}.end{array}}}

These last two identities provide a way to compute Fibonacci numbers recursively in O(log(n)) arithmetic operations and in time O(M(n) log(n)), where M(n) is the time for the multiplication of two numbers of n digits. This matches the time for computing the nth Fibonacci number from the closed-form matrix formula, but with fewer redundant steps if one avoids recomputing an already computed Fibonacci number (recursion with memoization).[30]

Combinatorial identities[edit]

Combinatorial proofs[edit]

Most identities involving Fibonacci numbers can be proved using combinatorial arguments using the fact that F_{n} can be interpreted as the number of (possibly empty) sequences of 1s and 2s whose sum is n-1. This can be taken as the definition of F_{n} with the conventions F_{0}=0, meaning no such sequence exists whose sum is −1, and F_{1}=1, meaning the empty sequence «adds up» to 0. In the following, {displaystyle |{...}|} is the cardinality of a set:

{displaystyle F_{0}=0=|{}|}
{displaystyle F_{1}=1=|{{}}|}
{displaystyle F_{2}=1=|{{1}}|}
{displaystyle F_{3}=2=|{{1,1},{2}}|}
{displaystyle F_{4}=3=|{{1,1,1},{1,2},{2,1}}|}
{displaystyle F_{5}=5=|{{1,1,1,1},{1,1,2},{1,2,1},{2,1,1},{2,2}}|}

In this manner the recurrence relation

{displaystyle F_{n}=F_{n-1}+F_{n-2}}

may be understood by dividing the F_{n} sequences into two non-overlapping sets where all sequences either begin with 1 or 2:

{displaystyle F_{n}=|{{1,...},{1,...},...}|+|{{2,...},{2,...},...}|}

Excluding the first element, the remaining terms in each sequence sum to n-2 or n-3 and the cardinality of each set is {displaystyle F_{n-1}} or {displaystyle F_{n-2}} giving a total of {displaystyle F_{n-1}+F_{n-2}} sequences, showing this is equal to F_{n}.

In a similar manner it may be shown that the sum of the first Fibonacci numbers up to the nth is equal to the (n + 2)nd Fibonacci number minus 1.[31] In symbols:

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}=F_{n+2}-1}

This may be seen by dividing all sequences summing to n+1 based on the location of the first 2. Specifically, each set consists of those sequences that start {displaystyle {2,...},{1,2,...},...,} until the last two sets {displaystyle {{1,1,...,1,2}},{{1,1,...,1}}} each with cardinality 1.

Following the same logic as before, by summing the cardinality of each set we see that

{displaystyle F_{n+2}=F_{n}+F_{n-1}+...+|{{1,1,...,1,2}}|+|{{1,1,...,1}}|}

… where the last two terms have the value F_{1}=1. From this it follows that sum _{{i=1}}^{n}F_{i}=F_{{n+2}}-1.

A similar argument, grouping the sums by the position of the first 1 rather than the first 2 gives two more identities:

{displaystyle sum _{i=0}^{n-1}F_{2i+1}=F_{2n}}

and

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{2i}=F_{2n+1}-1.}

In words, the sum of the first Fibonacci numbers with odd index up to {displaystyle F_{2n-1}} is the (2n)th Fibonacci number, and the sum of the first Fibonacci numbers with even index up to {displaystyle F_{2n}} is the (2n + 1)st Fibonacci number minus 1.[32]

A different trick may be used to prove

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}^{2}=F_{n}F_{n+1}}

or in words, the sum of the squares of the first Fibonacci numbers up to F_{n} is the product of the nth and (n + 1)st Fibonacci numbers. To see this, begin with a Fibonacci rectangle of size {displaystyle F_{n}times F_{n+1}} and decompose it into squares of size {displaystyle F_{n},F_{n-1},...,F_{1}}; from this the identity follows by comparing areas:

Fibonacci Squares.svg

Symbolic method[edit]

The sequence {displaystyle (F_{n})_{nin mathbb {N} }} is also considered using the symbolic method.[33] More precisely, this sequence corresponds to a specifiable combinatorial class. The specification of this sequence is {displaystyle operatorname {Seq} ({mathcal {Z+Z^{2}}})}. Indeed, as stated above, the n-th Fibonacci number equals the number of combinatorial compositions (ordered partitions) of n-1 using terms 1 and 2.

It follows that the ordinary generating function of the Fibonacci sequence, i.e. {displaystyle sum _{i=0}^{infty }F_{i}z^{i}}, is the complex function {displaystyle {frac {z}{1-z-z^{2}}}.}

Induction proofs[edit]

Fibonacci identities often can be easily proved using mathematical induction.

For example, reconsider

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}=F_{n+2}-1.}

Adding {displaystyle F_{n+1}} to both sides gives

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}+F_{n+1}=F_{n+1}+F_{n+2}-1}

and so we have the formula for n+1

{displaystyle sum _{i=1}^{n+1}F_{i}=F_{n+3}-1}

Similarly, add {displaystyle {F_{n+1}}^{2}} to both sides of

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}^{2}=F_{n}F_{n+1}}

to give

{displaystyle sum _{i=1}^{n}F_{i}^{2}+{F_{n+1}}^{2}=F_{n+1}left(F_{n}+F_{n+1}right)}

{displaystyle sum _{i=1}^{n+1}F_{i}^{2}=F_{n+1}F_{n+2}}

Binet formula proofs[edit]

The Binet formula is

{displaystyle {sqrt {5}}F_{n}=varphi ^{n}-psi ^{n}.}

This can be used to prove Fibonacci identities.

For example, to prove that {textstyle sum _{i=1}^{n}F_{i}=F_{n+2}-1}
note that the left hand side multiplied by {displaystyle {sqrt {5}}} becomes

{displaystyle {begin{aligned}1+&varphi +varphi ^{2}+dots +varphi ^{n}-left(1+psi +psi ^{2}+dots +psi ^{n}right)\&={frac {varphi ^{n+1}-1}{varphi -1}}-{frac {psi ^{n+1}-1}{psi -1}}\&={frac {varphi ^{n+1}-1}{-psi }}-{frac {psi ^{n+1}-1}{-varphi }}\&={frac {-varphi ^{n+2}+varphi +psi ^{n+2}-psi }{varphi psi }}\&=varphi ^{n+2}-psi ^{n+2}-(varphi -psi )\&={sqrt {5}}(F_{n+2}-1)\end{aligned}}}

as required, using the facts {textstyle varphi psi =-1} and {textstyle varphi -psi ={sqrt {5}}} to simplify the equations.

Other identities[edit]

Numerous other identities can be derived using various methods. Here are some of them:[34]

Cassini’s and Catalan’s identities[edit]

Cassini’s identity states that

{displaystyle {F_{n}}^{2}-F_{n+1}F_{n-1}=(-1)^{n-1}}

Catalan’s identity is a generalization:

{displaystyle {F_{n}}^{2}-F_{n+r}F_{n-r}=(-1)^{n-r}{F_{r}}^{2}}

d’Ocagne’s identity[edit]

{displaystyle F_{m}F_{n+1}-F_{m+1}F_{n}=(-1)^{n}F_{m-n}}

{displaystyle F_{2n}={F_{n+1}}^{2}-{F_{n-1}}^{2}=F_{n}left(F_{n+1}+F_{n-1}right)=F_{n}L_{n}}

where Ln is the n-th Lucas number. The last is an identity for doubling n; other identities of this type are

{displaystyle F_{3n}=2{F_{n}}^{3}+3F_{n}F_{n+1}F_{n-1}=5{F_{n}}^{3}+3(-1)^{n}F_{n}}

by Cassini’s identity.

{displaystyle F_{3n+1}={F_{n+1}}^{3}+3F_{n+1}{F_{n}}^{2}-{F_{n}}^{3}}

{displaystyle F_{3n+2}={F_{n+1}}^{3}+3{F_{n+1}}^{2}F_{n}+{F_{n}}^{3}}

{displaystyle F_{4n}=4F_{n}F_{n+1}left({F_{n+1}}^{2}+2{F_{n}}^{2}right)-3{F_{n}}^{2}left({F_{n}}^{2}+2{F_{n+1}}^{2}right)}

These can be found experimentally using lattice reduction, and are useful in setting up the special number field sieve to factorize a Fibonacci number.

More generally,[34]

{displaystyle F_{kn+c}=sum _{i=0}^{k}{k choose i}F_{c-i}{F_{n}}^{i}{F_{n+1}}^{k-i}.}

or alternatively

{displaystyle F_{kn+c}=sum _{i=0}^{k}{k choose i}F_{c+i}{F_{n}}^{i}{F_{n-1}}^{k-i}.}

Putting k = 2 in this formula, one gets again the formulas of the end of above section Matrix form.

Generating function[edit]

The generating function of the Fibonacci sequence is the power series

{displaystyle s(x)=sum _{k=0}^{infty }F_{k}x^{k}=sum _{k=1}^{infty }F_{k}x^{k}=0+x+x^{2}+2x^{3}+3x^{4}+dots .}

This series is convergent for |x|<{frac {1}{varphi }}, and its sum has a simple closed-form:[35]

{displaystyle s(x)={frac {x}{1-x-x^{2}}}}

This can be proved by using the Fibonacci recurrence to expand each coefficient in the infinite sum:

{displaystyle {begin{aligned}s(x)&=sum _{k=0}^{infty }F_{k}x^{k}\&=F_{0}+F_{1}x+sum _{k=2}^{infty }F_{k}x^{k}\&=0+1x+sum _{k=2}^{infty }F_{k}x^{k}\&=x+sum _{k=2}^{infty }left(F_{k-1}+F_{k-2}right)x^{k}\&=x+sum _{k=2}^{infty }F_{k-1}x^{k}+sum _{k=2}^{infty }F_{k-2}x^{k}\&=x+xsum _{k=2}^{infty }F_{k-1}x^{k-1}+x^{2}sum _{k=2}^{infty }F_{k-2}x^{k-2}\&=x+xsum _{k=1}^{infty }F_{k}x^{k}+x^{2}sum _{k=0}^{infty }F_{k}x^{k}\&=x+xs(x)+x^{2}s(x).end{aligned}}}

Solving the equation

{displaystyle s(x)=x+xs(x)+x^{2}s(x)}

for s(x) results in the closed form.

The partial fraction decomposition is given by

{displaystyle s(x)={frac {1}{sqrt {5}}}left({frac {1}{1-varphi x}}-{frac {1}{1-psi x}}right)}

where varphi ={frac  {1+{sqrt  {5}}}{2}} is the golden ratio and {displaystyle psi ={frac {1-{sqrt {5}}}{2}}} is its conjugate.

{displaystyle -s!left(-{frac {1}{x}}right)} gives the generating function for the negafibonacci numbers, and s(x) satisfies the functional equation

{displaystyle s(x)=s!left(-{frac {1}{x}}right).}

Reciprocal sums[edit]

Infinite sums over reciprocal Fibonacci numbers can sometimes be evaluated in terms of theta functions. For example, the sum of every odd-indexed reciprocal Fibonacci number can be written as

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{2k-1}}}={frac {sqrt {5}}{4}};vartheta _{2}!left(0,{frac {3-{sqrt {5}}}{2}}right)^{2},}

and the sum of squared reciprocal Fibonacci numbers as

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{{F_{k}}^{2}}}={frac {5}{24}}!left(vartheta _{2}!left(0,{frac {3-{sqrt {5}}}{2}}right)^{4}-vartheta _{4}!left(0,{frac {3-{sqrt {5}}}{2}}right)^{4}+1right).}

If we add 1 to each Fibonacci number in the first sum, there is also the closed form

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{1+F_{2k-1}}}={frac {sqrt {5}}{2}},}

and there is a nested sum of squared Fibonacci numbers giving the reciprocal of the golden ratio,

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {(-1)^{k+1}}{sum _{j=1}^{k}{F_{j}}^{2}}}={frac {{sqrt {5}}-1}{2}}.}

The sum of all even-indexed reciprocal Fibonacci numbers is[36]

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{2k}}}={sqrt {5}}left(L(psi ^{2})-L(psi ^{4})right)}

with the Lambert series {displaystyle textstyle L(q):=sum _{k=1}^{infty }{frac {q^{k}}{1-q^{k}}},} since {displaystyle textstyle {frac {1}{F_{2k}}}={sqrt {5}}left({frac {psi ^{2k}}{1-psi ^{2k}}}-{frac {psi ^{4k}}{1-psi ^{4k}}}right)!.}

So the reciprocal Fibonacci constant is[37]

{displaystyle sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{k}}}=sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{2k-1}}}+sum _{k=1}^{infty }{frac {1}{F_{2k}}}=3.359885666243dots }

Moreover, this number has been proved irrational by Richard André-Jeannin.[38]

Millin’s series gives the identity[39]

{displaystyle sum _{k=0}^{infty }{frac {1}{F_{2^{k}}}}={frac {7-{sqrt {5}}}{2}},}

which follows from the closed form for its partial sums as N tends to infinity:

{displaystyle sum _{k=0}^{N}{frac {1}{F_{2^{k}}}}=3-{frac {F_{2^{N}-1}}{F_{2^{N}}}}.}

Primes and divisibility[edit]

Divisibility properties[edit]

Every third number of the sequence is even (a multiple of {displaystyle F_{3}=2}) and, more generally, every kth number of the sequence is a multiple of Fk. Thus the Fibonacci sequence is an example of a divisibility sequence. In fact, the Fibonacci sequence satisfies the stronger divisibility property[40][41]

{displaystyle gcd(F_{a},F_{b},F_{c},ldots )=F_{gcd(a,b,c,ldots )},}

where gcd is the greatest common divisor function.

In particular, any three consecutive Fibonacci numbers are pairwise coprime because both F_{1}=1 and {displaystyle F_{2}=1}. That is,

{displaystyle gcd(F_{n},F_{n+1})=gcd(F_{n},F_{n+2})=gcd(F_{n+1},F_{n+2})=1}

for every n.

Every prime number p divides a Fibonacci number that can be determined by the value of p modulo 5. If p is congruent to 1 or 4 modulo 5, then p divides Fp−1, and if p is congruent to 2 or 3 modulo 5, then, p divides Fp+1. The remaining case is that p = 5, and in this case p divides Fp.

{displaystyle {begin{cases}p=5&Rightarrow pmid F_{p},\pequiv pm 1{pmod {5}}&Rightarrow pmid F_{p-1},\pequiv pm 2{pmod {5}}&Rightarrow pmid F_{p+1}.end{cases}}}

These cases can be combined into a single, non-piecewise formula, using the Legendre symbol:[42]

{displaystyle pmid F_{p;-,left({frac {5}{p}}right)}.}

Primality testing[edit]

The above formula can be used as a primality test in the sense that if

{displaystyle nmid F_{n;-,left({frac {5}{n}}right)},}

where the Legendre symbol has been replaced by the Jacobi symbol, then this is evidence that n is a prime, and if it fails to hold, then n is definitely not a prime. If n is composite and satisfies the formula, then n is a Fibonacci pseudoprime. When m is large – say a 500-bit number – then we can calculate Fm (mod n) efficiently using the matrix form. Thus

{displaystyle {begin{pmatrix}F_{m+1}&F_{m}\F_{m}&F_{m-1}end{pmatrix}}equiv {begin{pmatrix}1&1\1&0end{pmatrix}}^{m}{pmod {n}}.}

Here the matrix power Am is calculated using modular exponentiation, which can be adapted to matrices.[43]

Fibonacci primes[edit]

A Fibonacci prime is a Fibonacci number that is prime. The first few are:[44]

2, 3, 5, 13, 89, 233, 1597, 28657, 514229, …

Fibonacci primes with thousands of digits have been found, but it is not known whether there are infinitely many.[45]

Fkn is divisible by Fn, so, apart from F4 = 3, any Fibonacci prime must have a prime index. As there are arbitrarily long runs of composite numbers, there are therefore also arbitrarily long runs of composite Fibonacci numbers.

No Fibonacci number greater than F6 = 8 is one greater or one less than a prime number.[46]

The only nontrivial square Fibonacci number is 144.[47] Attila Pethő proved in 2001 that there is only a finite number of perfect power Fibonacci numbers.[48] In 2006, Y. Bugeaud, M. Mignotte, and S. Siksek proved that 8 and 144 are the only such non-trivial perfect powers.[49]

1, 3, 21, and 55 are the only triangular Fibonacci numbers, which was conjectured by Vern Hoggatt and proved by Luo Ming.[50]

No Fibonacci number can be a perfect number.[51] More generally, no Fibonacci number other than 1 can be multiply perfect,[52] and no ratio of two Fibonacci numbers can be perfect.[53]

Prime divisors[edit]

With the exceptions of 1, 8 and 144 (F1 = F2, F6 and F12) every Fibonacci number has a prime factor that is not a factor of any smaller Fibonacci number (Carmichael’s theorem).[54] As a result, 8 and 144 (F6 and F12) are the only Fibonacci numbers that are the product of other Fibonacci numbers.[55]

The divisibility of Fibonacci numbers by a prime p is related to the Legendre symbol left({tfrac {p}{5}}right) which is evaluated as follows:

{displaystyle left({frac {p}{5}}right)={begin{cases}0&{text{if }}p=5\1&{text{if }}pequiv pm 1{pmod {5}}\-1&{text{if }}pequiv pm 2{pmod {5}}.end{cases}}}

If p is a prime number then

{displaystyle F_{p}equiv left({frac {p}{5}}right){pmod {p}}quad {text{and}}quad F_{p-left({frac {p}{5}}right)}equiv 0{pmod {p}}.}

[56][57]

For example,

{displaystyle {begin{aligned}({tfrac {2}{5}})&=-1,&F_{3}&=2,&F_{2}&=1,\({tfrac {3}{5}})&=-1,&F_{4}&=3,&F_{3}&=2,\({tfrac {5}{5}})&=0,&F_{5}&=5,\({tfrac {7}{5}})&=-1,&F_{8}&=21,&F_{7}&=13,\({tfrac {11}{5}})&=+1,&F_{10}&=55,&F_{11}&=89.end{aligned}}}

It is not known whether there exists a prime p such that

{displaystyle F_{p-left({frac {p}{5}}right)}equiv 0{pmod {p^{2}}}.}

Such primes (if there are any) would be called Wall–Sun–Sun primes.

Also, if p ≠ 5 is an odd prime number then:[58]

{displaystyle 5{F_{frac {ppm 1}{2}}}^{2}equiv {begin{cases}{tfrac {1}{2}}left(5left({frac {p}{5}}right)pm 5right){pmod {p}}&{text{if }}pequiv 1{pmod {4}}\{tfrac {1}{2}}left(5left({frac {p}{5}}right)mp 3right){pmod {p}}&{text{if }}pequiv 3{pmod {4}}.end{cases}}}

Example 1. p = 7, in this case p ≡ 3 (mod 4) and we have:

{displaystyle ({tfrac {7}{5}})=-1:qquad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {7}{5}})+3right)=-1,quad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {7}{5}})-3right)=-4.}

{displaystyle F_{3}=2{text{ and }}F_{4}=3.}

{displaystyle 5{F_{3}}^{2}=20equiv -1{pmod {7}};;{text{ and }};;5{F_{4}}^{2}=45equiv -4{pmod {7}}}

Example 2. p = 11, in this case p ≡ 3 (mod 4) and we have:

{displaystyle ({tfrac {11}{5}})=+1:qquad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {11}{5}})+3right)=4,quad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {11}{5}})-3right)=1.}

{displaystyle F_{5}=5{text{ and }}F_{6}=8.}

{displaystyle 5{F_{5}}^{2}=125equiv 4{pmod {11}};;{text{ and }};;5{F_{6}}^{2}=320equiv 1{pmod {11}}}

Example 3. p = 13, in this case p ≡ 1 (mod 4) and we have:

{displaystyle ({tfrac {13}{5}})=-1:qquad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {13}{5}})-5right)=-5,quad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {13}{5}})+5right)=0.}

{displaystyle F_{6}=8{text{ and }}F_{7}=13.}

{displaystyle 5{F_{6}}^{2}=320equiv -5{pmod {13}};;{text{ and }};;5{F_{7}}^{2}=845equiv 0{pmod {13}}}

Example 4. p = 29, in this case p ≡ 1 (mod 4) and we have:

{displaystyle ({tfrac {29}{5}})=+1:qquad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {29}{5}})-5right)=0,quad {tfrac {1}{2}}left(5({tfrac {29}{5}})+5right)=5.}

{displaystyle F_{14}=377{text{ and }}F_{15}=610.}

{displaystyle 5{F_{14}}^{2}=710645equiv 0{pmod {29}};;{text{ and }};;5{F_{15}}^{2}=1860500equiv 5{pmod {29}}}

For odd n, all odd prime divisors of Fn are congruent to 1 modulo 4, implying that all odd divisors of Fn (as the products of odd prime divisors) are congruent to 1 modulo 4.[59]

For example,

{displaystyle F_{1}=1, F_{3}=2, F_{5}=5, F_{7}=13, F_{9}=34=2cdot 17, F_{11}=89, F_{13}=233, F_{15}=610=2cdot 5cdot 61.}

All known factors of Fibonacci numbers F(i ) for all i < 50000 are collected at the relevant repositories.[60][61]

Periodicity modulo n[edit]

If the members of the Fibonacci sequence are taken mod n, the resulting sequence is periodic with period at most 6n.[62] The lengths of the periods for various n form the so-called Pisano periods.[63] Determining a general formula for the Pisano periods is an open problem, which includes as a subproblem a special instance of the problem of finding the multiplicative order of a modular integer or of an element in a finite field. However, for any particular n, the Pisano period may be found as an instance of cycle detection.

Generalizations[edit]

The Fibonacci sequence is one of the simplest and earliest known sequences defined by a recurrence relation, and specifically by a linear difference equation. All these sequences may be viewed as generalizations of the Fibonacci sequence. In particular, Binet’s formula may be generalized to any sequence that is a solution of a homogeneous linear difference equation with constant coefficients.

Some specific examples that are close, in some sense, to the Fibonacci sequence include:

  • Generalizing the index to negative integers to produce the negafibonacci numbers.
  • Generalizing the index to real numbers using a modification of Binet’s formula.[34]
  • Starting with other integers. Lucas numbers have L1 = 1, L2 = 3, and Ln = Ln−1 + Ln−2. Primefree sequences use the Fibonacci recursion with other starting points to generate sequences in which all numbers are composite.
  • Letting a number be a linear function (other than the sum) of the 2 preceding numbers. The Pell numbers have Pn = 2Pn−1 + Pn−2. If the coefficient of the preceding value is assigned a variable value x, the result is the sequence of Fibonacci polynomials.
  • Not adding the immediately preceding numbers. The Padovan sequence and Perrin numbers have P(n) = P(n − 2) + P(n − 3).
  • Generating the next number by adding 3 numbers (tribonacci numbers), 4 numbers (tetranacci numbers), or more. The resulting sequences are known as n-Step Fibonacci numbers.[64]

Applications[edit]

Mathematics[edit]

The Fibonacci numbers are the sums of the «shallow» diagonals (shown in red) of Pascal’s triangle.

The Fibonacci numbers occur in the sums of «shallow» diagonals in Pascal’s triangle (see Binomial coefficient):[65]

The generating function can be expanded into

{displaystyle {frac {x}{1-x-x^{2}}}=x+x^{2}(1+x)+x^{3}(1+x)^{2}+dots +x^{k+1}(1+x)^{k}+dots =sum limits _{n=0}^{infty }F_{n}x^{n}}

and collecting like terms of x^{n}, we have the identity

{displaystyle F_{n}=sum _{k=0}^{leftlfloor {frac {n-1}{2}}rightrfloor }{binom {n-k-1}{k}}.}

To see how the formula is used, we can arrange the sums by the number of terms present:

5 = 1+1+1+1+1
= 2+1+1+1 = 1+2+1+1 = 1+1+2+1 = 1+1+1+2
= 2+2+1 = 2+1+2 = 1+2+2

which is {displaystyle {binom {5}{0}}+{binom {4}{1}}+{binom {3}{2}}}, where we are choosing the positions of k twos from nk−1 terms.

Use of the Fibonacci sequence to count {1, 2}-restricted compositions

These numbers also give the solution to certain enumerative problems,[66] the most common of which is that of counting the number of ways of writing a given number n as an ordered sum of 1s and 2s (called compositions); there are Fn+1 ways to do this (equivalently, it’s also the number of domino tilings of the 2times n rectangle). For example, there are F5+1 = F6 = 8 ways one can climb a staircase of 5 steps, taking one or two steps at a time:

5 = 1+1+1+1+1 = 2+1+1+1 = 1+2+1+1 = 1+1+2+1 = 2+2+1
= 1+1+1+2 = 2+1+2 = 1+2+2

The figure shows that 8 can be decomposed into 5 (the number of ways to climb 4 steps, followed by a single-step) plus 3 (the number of ways to climb 3 steps, followed by a double-step). The same reasoning is applied recursively until a single step, of which there is only one way to climb.

The Fibonacci numbers can be found in different ways among the set of binary strings, or equivalently, among the subsets of a given set.

  • The number of binary strings of length n without consecutive 1s is the Fibonacci number Fn+2. For example, out of the 16 binary strings of length 4, there are F6 = 8 without consecutive 1s – they are 0000, 0001, 0010, 0100, 0101, 1000, 1001, and 1010. Such strings are the binary representations of Fibbinary numbers. Equivalently, Fn+2 is the number of subsets S of {1, …, n} without consecutive integers, that is, those S for which {i, i + 1} ⊈ S for every i. A bijection with the sums to n+1 is to replace 1 with 0 and 2 with 10, and drop the last zero.
  • The number of binary strings of length n without an odd number of consecutive 1s is the Fibonacci number Fn+1. For example, out of the 16 binary strings of length 4, there are F5 = 5 without an odd number of consecutive 1s – they are 0000, 0011, 0110, 1100, 1111. Equivalently, the number of subsets S of {1, …, n} without an odd number of consecutive integers is Fn+1. A bijection with the sums to n is to replace 1 with 0 and 2 with 11.
  • The number of binary strings of length n without an even number of consecutive 0s or 1s is 2Fn. For example, out of the 16 binary strings of length 4, there are 2F4 = 6 without an even number of consecutive 0s or 1s – they are 0001, 0111, 0101, 1000, 1010, 1110. There is an equivalent statement about subsets.
  • Yuri Matiyasevich was able to show that the Fibonacci numbers can be defined by a Diophantine equation, which led to his solving Hilbert’s tenth problem.[67]
  • The Fibonacci numbers are also an example of a complete sequence. This means that every positive integer can be written as a sum of Fibonacci numbers, where any one number is used once at most.
  • Moreover, every positive integer can be written in a unique way as the sum of one or more distinct Fibonacci numbers in such a way that the sum does not include any two consecutive Fibonacci numbers. This is known as Zeckendorf’s theorem, and a sum of Fibonacci numbers that satisfies these conditions is called a Zeckendorf representation. The Zeckendorf representation of a number can be used to derive its Fibonacci coding.
  • Starting with 5, every second Fibonacci number is the length of the hypotenuse of a right triangle with integer sides, or in other words, the largest number in a Pythagorean triple, obtained from the formula

    {displaystyle (F_{n}F_{n+3})^{2}+(2F_{n+1}F_{n+2})^{2}={F_{2n+3}}^{2}.}

    The sequence of Pythagorean triangles obtained from this formula has sides of lengths (3,4,5), (5,12,13), (16,30,34), (39,80,89), … . The middle side of each of these triangles is the sum of the three sides of the preceding triangle.[68]

  • The Fibonacci cube is an undirected graph with a Fibonacci number of nodes that has been proposed as a network topology for parallel computing.
  • Fibonacci numbers appear in the ring lemma, used to prove connections between the circle packing theorem and conformal maps.[69]

Computer science[edit]

Fibonacci tree of height 6. Balance factors green; heights red.
The keys in the left spine are Fibonacci numbers.

  • The Fibonacci numbers are important in computational run-time analysis of Euclid’s algorithm to determine the greatest common divisor of two integers: the worst case input for this algorithm is a pair of consecutive Fibonacci numbers.[70]
  • Fibonacci numbers are used in a polyphase version of the merge sort algorithm in which an unsorted list is divided into two lists whose lengths correspond to sequential Fibonacci numbers – by dividing the list so that the two parts have lengths in the approximate proportion φ. A tape-drive implementation of the polyphase merge sort was described in The Art of Computer Programming.
  • A Fibonacci tree is a binary tree whose child trees (recursively) differ in height by exactly 1. So it is an AVL tree, and one with the fewest nodes for a given height — the «thinnest» AVL tree. These trees have a number of vertices that is a Fibonacci number minus one, an important fact in the analysis of AVL trees.[71]
  • Fibonacci numbers are used by some pseudorandom number generators.
  • Fibonacci numbers arise in the analysis of the Fibonacci heap data structure.
  • A one-dimensional optimization method, called the Fibonacci search technique, uses Fibonacci numbers.[72]
  • The Fibonacci number series is used for optional lossy compression in the IFF 8SVX audio file format used on Amiga computers. The number series compands the original audio wave similar to logarithmic methods such as μ-law.[73][74]
  • Some Agile teams use a modified series called the «Modified Fibonacci Series» in planning poker, as an estimation tool. Planning Poker is a formal part of the Scaled Agile Framework.[75]
  • Fibonacci coding
  • Negafibonacci coding

Nature[edit]

Yellow chamomile head showing the arrangement in 21 (blue) and 13 (aqua) spirals. Such arrangements involving consecutive Fibonacci numbers appear in a wide variety of plants.

Fibonacci sequences appear in biological settings,[76] such as branching in trees, arrangement of leaves on a stem, the fruitlets of a pineapple,[77] the flowering of artichoke, an uncurling fern and the arrangement of a pine cone,[78] and the family tree of honeybees.[79][80] Kepler pointed out the presence of the Fibonacci sequence in nature, using it to explain the (golden ratio-related) pentagonal form of some flowers.[81] Field daisies most often have petals in counts of Fibonacci numbers.[82] In 1830, K. F. Schimper and A. Braun discovered that the parastichies (spiral phyllotaxis) of plants were frequently expressed as fractions involving Fibonacci numbers.[83]

Przemysław Prusinkiewicz advanced the idea that real instances can in part be understood as the expression of certain algebraic constraints on free groups, specifically as certain Lindenmayer grammars.[84]

Illustration of Vogel’s model for n = 1 … 500

A model for the pattern of florets in the head of a sunflower was proposed by Helmut Vogel [de] in 1979.[85] This has the form

{displaystyle theta ={frac {2pi }{varphi ^{2}}}n, r=c{sqrt {n}}}

where n is the index number of the floret and c is a constant scaling factor; the florets thus lie on Fermat’s spiral. The divergence angle, approximately 137.51°, is the golden angle, dividing the circle in the golden ratio. Because this ratio is irrational, no floret has a neighbor at exactly the same angle from the center, so the florets pack efficiently. Because the rational approximations to the golden ratio are of the form F( j):F( j + 1), the nearest neighbors of floret number n are those at n ± F( j) for some index j, which depends on r, the distance from the center. Sunflowers and similar flowers most commonly have spirals of florets in clockwise and counter-clockwise directions in the amount of adjacent Fibonacci numbers,[86] typically counted by the outermost range of radii.[87]

Fibonacci numbers also appear in the pedigrees of idealized honeybees, according to the following rules:

  • If an egg is laid by an unmated female, it hatches a male or drone bee.
  • If, however, an egg was fertilized by a male, it hatches a female.

Thus, a male bee always has one parent, and a female bee has two. If one traces the pedigree of any male bee (1 bee), he has 1 parent (1 bee), 2 grandparents, 3 great-grandparents, 5 great-great-grandparents, and so on. This sequence of numbers of parents is the Fibonacci sequence. The number of ancestors at each level, Fn, is the number of female ancestors, which is Fn−1, plus the number of male ancestors, which is Fn−2.[88] This is under the unrealistic assumption that the ancestors at each level are otherwise unrelated.

The number of possible ancestors on the X chromosome inheritance line at a given ancestral generation follows the Fibonacci sequence. (After Hutchison, L. «Growing the Family Tree: The Power of DNA in Reconstructing Family Relationships».[89])

It has been noticed that the number of possible ancestors on the human X chromosome inheritance line at a given ancestral generation also follows the Fibonacci sequence.[89] A male individual has an X chromosome, which he received from his mother, and a Y chromosome, which he received from his father. The male counts as the «origin» of his own X chromosome (F_{1}=1), and at his parents’ generation, his X chromosome came from a single parent (F_{2}=1). The male’s mother received one X chromosome from her mother (the son’s maternal grandmother), and one from her father (the son’s maternal grandfather), so two grandparents contributed to the male descendant’s X chromosome ({displaystyle F_{3}=2}). The maternal grandfather received his X chromosome from his mother, and the maternal grandmother received X chromosomes from both of her parents, so three great-grandparents contributed to the male descendant’s X chromosome ({displaystyle F_{4}=3}). Five great-great-grandparents contributed to the male descendant’s X chromosome ({displaystyle F_{5}=5}), etc. (This assumes that all ancestors of a given descendant are independent, but if any genealogy is traced far enough back in time, ancestors begin to appear on multiple lines of the genealogy, until eventually a population founder appears on all lines of the genealogy.)

Other[edit]

  • In optics, when a beam of light shines at an angle through two stacked transparent plates of different materials of different refractive indexes, it may reflect off three surfaces: the top, middle, and bottom surfaces of the two plates. The number of different beam paths that have k reflections, for k > 1, is the kth Fibonacci number. (However, when k = 1, there are three reflection paths, not two, one for each of the three surfaces.)[90]
  • Fibonacci retracement levels are widely used in technical analysis for financial market trading.
  • Since the conversion factor 1.609344 for miles to kilometers is close to the golden ratio, the decomposition of distance in miles into a sum of Fibonacci numbers becomes nearly the kilometer sum when the Fibonacci numbers are replaced by their successors. This method amounts to a radix 2 number register in golden ratio base φ being shifted. To convert from kilometers to miles, shift the register down the Fibonacci sequence instead.[91]
  • The measured values of voltages and currents in the infinite resistor chain circuit (also called the resistor ladder or infinite series-parallel circuit) follow the Fibonacci sequence. The intermediate results of adding the alternating series and parallel resistances yields fractions composed of consecutive Fibonacci numbers. The equivalent resistance of the entire circuit equals the golden ratio.[92]
  • Brasch et al. 2012 show how a generalized Fibonacci sequence also can be connected to the field of economics.[93] In particular, it is shown how a generalized Fibonacci sequence enters the control function of finite-horizon dynamic optimisation problems with one state and one control variable. The procedure is illustrated in an example often referred to as the Brock–Mirman economic growth model.
  • Mario Merz included the Fibonacci sequence in some of his artworks beginning in 1970.[94]
  • Joseph Schillinger (1895–1943) developed a system of composition which uses Fibonacci intervals in some of its melodies; he viewed these as the musical counterpart to the elaborate harmony evident within nature.[95] See also Golden ratio § Music.

See also[edit]

  • The Fibonacci Association – Organization for research on Fibonacci numbers
  • Fibonacci numbers in popular culture
  • Fibonacci word – Binary sequence from Fibonacci recurrence
  • Random Fibonacci sequence – Randomized mathematical sequence based upon the Fibonacci sequence
  • Wythoff array – Infinite matrix of integers derived from the Fibonacci sequence

References[edit]

Explanatory footnotes[edit]

  1. ^ «For four, variations of meters of two [and] three being mixed, five happens. For five, variations of two earlier – three [and] four, being mixed, eight is obtained. In this way, for six, [variations] of four [and] of five being mixed, thirteen happens. And like that, variations of two earlier meters being mixed, seven morae [is] twenty-one. In this way, the process should be followed in all mātrā-vṛttas» [13]

Citations[edit]

  1. ^ a b Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A000045», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  2. ^ a b c Goonatilake, Susantha (1998), Toward a Global Science, Indiana University Press, p. 126, ISBN 978-0-253-33388-9
  3. ^ a b Singh, Parmanand (1985), «The So-called Fibonacci numbers in ancient and medieval India», Historia Mathematica, 12 (3): 229–44, doi:10.1016/0315-0860(85)90021-7
  4. ^ a b Knuth, Donald (2006), The Art of Computer Programming, vol. 4. Generating All Trees – History of Combinatorial Generation, Addison–Wesley, p. 50, ISBN 978-0-321-33570-8, it was natural to consider the set of all sequences of [L] and [S] that have exactly m beats. …there are exactly Fm+1 of them. For example the 21 sequences when m = 7 are: [gives list]. In this way Indian prosodists were led to discover the Fibonacci sequence, as we have observed in Section 1.2.8 (from v.1)
  5. ^ Sigler 2002, pp. 404–05.
  6. ^ Lucas 1891, p. 3.
  7. ^ Beck & Geoghegan 2010.
  8. ^ Bóna 2011, p. 180.
  9. ^ Knuth, Donald (1968), The Art of Computer Programming, vol. 1, Addison Wesley, p. 100, ISBN 978-81-7758-754-8, Before Fibonacci wrote his work, the sequence Fn had already been discussed by Indian scholars, who had long been interested in rhythmic patterns… both Gopala (before 1135 AD) and Hemachandra (c. 1150) mentioned the numbers 1,2,3,5,8,13,21 explicitly [see P. Singh Historia Math 12 (1985) 229–44]» p. 100 (3d ed)…
  10. ^ a b Livio 2003, p. 197.
  11. ^ Agrawala, VS (1969), Pāṇinikālīna Bhāratavarṣa (Hn.). Varanasi-I: TheChowkhamba Vidyabhawan, SadgurushiShya writes that Pingala was a younger brother of Pāṇini [Agrawala 1969, lb]. There is an alternative opinion that he was a maternal uncle of Pāṇini [Vinayasagar 1965, Preface, 121]. … Agrawala [1969, 463–76], after a careful investigation, in which he considered the views of earlier scholars, has concluded that Pāṇini lived between 480 and 410 BC
  12. ^ Singh, Parmanand (1985), «The So-called Fibonacci Numbers in Ancient and Medieval India», Historia Mathematica, Academic Press, 12 (3): 232, doi:10.1016/0315-0860(85)90021-7
  13. ^ Velankar, HD (1962), ‘Vṛttajātisamuccaya’ of kavi Virahanka, Jodhpur: Rajasthan Oriental Research Institute, p. 101
  14. ^ Livio 2003, p. 197–198.
  15. ^ Shah, Jayant (1991), «A History of Piṅgala’s Combinatorics» (PDF), Northeastern University: 41, retrieved 4 January 2019
  16. ^ Sigler 2002, pp. 404–405.
  17. ^ «Fibonacci’s Liber Abaci (Book of Calculation)», The University of Utah, 13 December 2009, retrieved 28 November 2018
  18. ^ Hemenway, Priya (2005), Divine Proportion: Phi In Art, Nature, and Science, New York: Sterling, pp. 20–21, ISBN 1-4027-3522-7
  19. ^ Knott, Dr. Ron (25 September 2016), «The Fibonacci Numbers and Golden section in Nature – 1», University of Surrey, retrieved 27 November 2018
  20. ^ Knott, Ron, Fibonacci’s Rabbits, University of Surrey Faculty of Engineering and Physical Sciences
  21. ^ Gardner, Martin (1996), Mathematical Circus, The Mathematical Association of America, p. 153, ISBN 978-0-88385-506-5, It is ironic that Leonardo, who made valuable contributions to mathematics, is remembered today mainly because a 19th-century French number theorist, Édouard Lucas… attached the name Fibonacci to a number sequence that appears in a trivial problem in Liber abaci
  22. ^ Beutelspacher, Albrecht; Petri, Bernhard (1996), «Fibonacci-Zahlen», Der Goldene Schnitt, Vieweg+Teubner Verlag, pp. 87–98, doi:10.1007/978-3-322-85165-9_6
  23. ^ Ball 2003, p. 156.
  24. ^ Ball 2003, pp. 155–156.
  25. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A002390», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  26. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A097348», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  27. ^ Kepler, Johannes (1966), A New Year Gift: On Hexagonal Snow, Oxford University Press, p. 92, ISBN 978-0-19-858120-8
  28. ^ Strena seu de Nive Sexangula, 1611
  29. ^ Gessel, Ira (October 1972), «Fibonacci is a Square» (PDF), The Fibonacci Quarterly, 10 (4): 417–19, retrieved April 11, 2012
  30. ^ Dijkstra, Edsger W. (1978), In honour of Fibonacci (PDF)
  31. ^ Lucas 1891, p. 4.
  32. ^ Vorobiev, Nikolaĭ Nikolaevich; Martin, Mircea (2002), «Chapter 1», Fibonacci Numbers, Birkhäuser, pp. 5–6, ISBN 978-3-7643-6135-8
  33. ^ Flajolet, Philippe; Sedgewick, Robert (2009), Analytic Combinatorics, Cambridge University Press, p. 42, ISBN 978-0521898065
  34. ^ a b c Weisstein, Eric W., «Fibonacci Number», MathWorld
  35. ^ Glaister, P (1995), «Fibonacci power series», The Mathematical Gazette, 79 (486): 521–25, doi:10.2307/3618079, JSTOR 3618079, S2CID 116536130
  36. ^ Landau (1899) quoted according Borwein, Page 95, Exercise 3b.
  37. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A079586», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  38. ^ André-Jeannin, Richard (1989), «Irrationalité de la somme des inverses de certaines suites récurrentes», Comptes Rendus de l’Académie des Sciences, Série I, 308 (19): 539–41, MR 0999451
  39. ^ Honsberger, Ross (1985), «Millin’s series», Mathematical Gems III, Dolciani Mathematical Expositions, vol. 9, American Mathematical Society, pp. 135–136, ISBN 9781470457181
  40. ^ Ribenboim, Paulo (2000), My Numbers, My Friends, Springer-Verlag
  41. ^ Su, Francis E (2000), «Fibonacci GCD’s, please», Mudd Math Fun Facts, et al, HMC, archived from the original on 2009-12-14, retrieved 2007-02-23
  42. ^ Williams, H. C. (1982), «A note on the Fibonacci quotient F_{p-varepsilon }/p«, Canadian Mathematical Bulletin, 25 (3): 366–70, doi:10.4153/CMB-1982-053-0, hdl:10338.dmlcz/137492, MR 0668957. Williams calls this property «well known».
  43. ^ Prime Numbers, Richard Crandall, Carl Pomerance, Springer, second edition, 2005, p. 142.
  44. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A005478», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  45. ^ Diaconis, Persi (2018), «Probabilizing Fibonacci numbers» (PDF), in Butler, Steve; Cooper, Joshua; Hurlbert, Glenn (eds.), Connections in Discrete Mathematics: A Celebration of the Work of Ron Graham, Cambridge University Press, pp. 1–12, ISBN 978-1-107-15398-1, MR 3821829
  46. ^ Honsberger, Ross (1985), «Mathematical Gems III», AMS Dolciani Mathematical Expositions (9): 133, ISBN 978-0-88385-318-4
  47. ^ Cohn, J. H. E. (1964), «On square Fibonacci numbers», The Journal of the London Mathematical Society, 39: 537–540, doi:10.1112/jlms/s1-39.1.537, MR 0163867
  48. ^ Pethő, Attila (2001), «Diophantine properties of linear recursive sequences II», Acta Mathematica Academiae Paedagogicae Nyíregyháziensis, 17: 81–96
  49. ^ Bugeaud, Y; Mignotte, M; Siksek, S (2006), «Classical and modular approaches to exponential Diophantine equations. I. Fibonacci and Lucas perfect powers», Ann. Math., 2 (163): 969–1018, arXiv:math/0403046, Bibcode:2004math……3046B, doi:10.4007/annals.2006.163.969, S2CID 10266596
  50. ^ Luo, Ming (1989), «On triangular Fibonacci numbers» (PDF), Fibonacci Quart., 27 (2): 98–108
  51. ^ Luca, Florian (2000), «Perfect Fibonacci and Lucas numbers», Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, 49 (2): 313–18, doi:10.1007/BF02904236, ISSN 1973-4409, MR 1765401, S2CID 121789033
  52. ^ Broughan, Kevin A.; González, Marcos J.; Lewis, Ryan H.; Luca, Florian; Mejía Huguet, V. Janitzio; Togbé, Alain (2011), «There are no multiply-perfect Fibonacci numbers», Integers, 11a: A7, MR 2988067
  53. ^ Luca, Florian; Mejía Huguet, V. Janitzio (2010), «On Perfect numbers which are ratios of two Fibonacci numbers», Annales Mathematicae at Informaticae, 37: 107–24, ISSN 1787-6117, MR 2753031
  54. ^ Knott, Ron, The Fibonacci numbers, UK: Surrey
  55. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A235383», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  56. ^ Ribenboim, Paulo (1996), The New Book of Prime Number Records, New York: Springer, p. 64, ISBN 978-0-387-94457-9
  57. ^ Lemmermeyer 2000, pp. 73–74, ex. 2.25–28.
  58. ^ Lemmermeyer 2000, pp. 73–74, ex. 2.28.
  59. ^ Lemmermeyer 2000, p. 73, ex. 2.27.
  60. ^ Fibonacci and Lucas factorizations, Mersennus collects all known factors of F(i) with i < 10000.
  61. ^ Factors of Fibonacci and Lucas numbers, Red golpe collects all known factors of F(i) with 10000 < i < 50000.
  62. ^ Freyd, Peter; Brown, Kevin S. (1993), «Problems and Solutions: Solutions: E3410», The American Mathematical Monthly, 99 (3): 278–79, doi:10.2307/2325076, JSTOR 2325076
  63. ^ Sloane, N. J. A. (ed.), «Sequence A001175», The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences, OEIS Foundation
  64. ^ Lü, Kebo; Wang, Jun (2006), «k-step Fibonacci sequence modulo m«, Utilitas Mathematica, 71: 169–177, MR 2278830
  65. ^ Lucas 1891, p. 7.
  66. ^ Stanley, Richard (2011), Enumerative Combinatorics I (2nd ed.), Cambridge Univ. Press, p. 121, Ex 1.35, ISBN 978-1-107-60262-5
  67. ^ Harizanov, Valentina (1995), «Review of Yuri V. Matiyasevich, Hibert’s Tenth Problem«, Modern Logic, 5 (3): 345–55
  68. ^ Pagni, David (September 2001), «Fibonacci Meets Pythagoras», Mathematics in School, 30 (4): 39–40, JSTOR 30215477
  69. ^ Stephenson, Kenneth (2005), Introduction to Circle Packing: The Theory of Discrete Analytic Functions, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-82356-2, MR 2131318; see especially Lemma 8.2 (Ring Lemma), pp. 73–74, and Appendix B, The Ring Lemma, pp. 318–321.
  70. ^ Knuth, Donald E (1997), The Art of Computer Programming, vol. 1: Fundamental Algorithms (3rd ed.), Addison–Wesley, p. 343, ISBN 978-0-201-89683-1
  71. ^ Adelson-Velsky, Georgy; Landis, Evgenii (1962), «An algorithm for the organization of information», Proceedings of the USSR Academy of Sciences (in Russian), 146: 263–266 English translation by Myron J. Ricci in Soviet Mathematics — Doklady, 3:1259–1263, 1962.
  72. ^ Avriel, M; Wilde, DJ (1966), «Optimality of the Symmetric Fibonacci Search Technique», Fibonacci Quarterly (3): 265–69
  73. ^ Amiga ROM Kernel Reference Manual, Addison–Wesley, 1991
  74. ^ «IFF», Multimedia Wiki
  75. ^ Dean Leffingwell (2021-07-01), Story, Scaled Agile Framework, retrieved 2022-08-15
  76. ^ Douady, S; Couder, Y (1996), «Phyllotaxis as a Dynamical Self Organizing Process» (PDF), Journal of Theoretical Biology, 178 (3): 255–74, doi:10.1006/jtbi.1996.0026, archived from the original (PDF) on 2006-05-26
  77. ^ Jones, Judy; Wilson, William (2006), «Science», An Incomplete Education, Ballantine Books, p. 544, ISBN 978-0-7394-7582-9
  78. ^ Brousseau, A (1969), «Fibonacci Statistics in Conifers», Fibonacci Quarterly (7): 525–32
  79. ^ «Marks for the da Vinci Code: B–», Maths, Computer Science For Fun: CS4FN
  80. ^ Scott, T.C.; Marketos, P. (March 2014), On the Origin of the Fibonacci Sequence (PDF), MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews
  81. ^ Livio 2003, p. 110.
  82. ^ Livio 2003, pp. 112–13.
  83. ^ Varenne, Franck (2010), Formaliser le vivant — Lois, Théories, Modèles (in French), Hermann, p. 28, ISBN 9782705678128, retrieved 2022-10-30, En 1830, K. F. Schimper et A. Braun […]. Ils montraient que si l’on représente cet angle de divergence par une fraction reflétant le nombre de tours par feuille ([…]), on tombe régulièrement sur un des nombres de la suite de Fibonacci pour le numérateur […].
  84. ^ Prusinkiewicz, Przemyslaw; Hanan, James (1989), Lindenmayer Systems, Fractals, and Plants (Lecture Notes in Biomathematics), Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-97092-9
  85. ^ Vogel, Helmut (1979), «A better way to construct the sunflower head», Mathematical Biosciences, 44 (3–4): 179–89, doi:10.1016/0025-5564(79)90080-4
  86. ^ Livio 2003, p. 112.
  87. ^ Prusinkiewicz, Przemyslaw; Lindenmayer, Aristid (1990), «4», The Algorithmic Beauty of Plants, Springer-Verlag, pp. 101–107, ISBN 978-0-387-97297-8
  88. ^ «The Fibonacci sequence as it appears in nature» (PDF), The Fibonacci Quarterly, 1 (1): 53–56, 1963
  89. ^ a b Hutchison, Luke (September 2004), «Growing the Family Tree: The Power of DNA in Reconstructing Family Relationships» (PDF), Proceedings of the First Symposium on Bioinformatics and Biotechnology (BIOT-04), retrieved 2016-09-03
  90. ^ Livio 2003, pp. 98–99.
  91. ^ «Zeckendorf representation», Encyclopedia of Math
  92. ^ Patranabis, D.; Dana, S. K. (December 1985), «Single-shunt fault diagnosis through terminal attenuation measurement and using Fibonacci numbers», IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, IM-34 (4): 650–653, Bibcode:1985ITIM…34..650P, doi:10.1109/tim.1985.4315428, S2CID 35413237
  93. ^ Brasch, T. von; Byström, J.; Lystad, L.P. (2012), «Optimal Control and the Fibonacci Sequence», Journal of Optimization Theory and Applications, 154 (3): 857–78, doi:10.1007/s10957-012-0061-2, hdl:11250/180781, S2CID 8550726
  94. ^ Livio 2003, p. 176.
  95. ^ Livio 2003, p. 193.

Works cited[edit]

  • Ball, Keith M (2003), «8: Fibonacci’s Rabbits Revisited», Strange Curves, Counting Rabbits, and Other Mathematical Explorations, Princeton, NJ: Princeton University Press, ISBN 978-0-691-11321-0.
  • Beck, Matthias; Geoghegan, Ross (2010), The Art of Proof: Basic Training for Deeper Mathematics, New York: Springer, ISBN 978-1-4419-7022-0.
  • Bóna, Miklós (2011), A Walk Through Combinatorics (3rd ed.), New Jersey: World Scientific, ISBN 978-981-4335-23-2.
  • Borwein, Jonathan M.; Borwein, Peter B. (July 1998), Pi and the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity, Wiley, pp. 91–101, ISBN 978-0-471-31515-5
  • Lemmermeyer, Franz (2000), Reciprocity Laws: From Euler to Eisenstein, Springer Monographs in Mathematics, New York: Springer, ISBN 978-3-540-66957-9.
  • Livio, Mario (2003) [2002], The Golden Ratio: The Story of Phi, the World’s Most Astonishing Number (First trade paperback ed.), New York City: Broadway Books, ISBN 0-7679-0816-3
  • Lucas, Édouard (1891), Théorie des nombres (in French), vol. 1, Paris: Gauthier-Villars.
  • Sigler, L. E. (2002), Fibonacci’s Liber Abaci: A Translation into Modern English of Leonardo Pisano’s Book of Calculation, Sources and Studies in the History of Mathematics and Physical Sciences, Springer, ISBN 978-0-387-95419-6

External links[edit]

  • Sunflowers and Fibonacci — Numberphile on YouTube
  • Periods of Fibonacci Sequences Mod m at MathPages
  • Scientists find clues to the formation of Fibonacci spirals in nature
  • Fibonacci Sequence on In Our Time at the BBC
  • «Fibonacci numbers», Encyclopedia of Mathematics, EMS Press, 2001 [1994]
  • OEIS sequence A000045 (Fibonacci numbers)

Написанная Леонардо Книга Абака заинтересовала императора Фридриха II и его придворных, среди которых был астролог Микаель Скотус (Michael Scotus), философ Теодорус Физикус (Theodorus Physicus) и Доминикус Хиспанус (Dominicus Hispanus). Последний предложил, чтобы Леонардо пригласили ко двору, где он впоследствии и стал жить и работать. В одно из посещений императором Пизы около 1225 года, ему задавал задачи Иоган Палермский, ещё один придворный философ Фридриха II. Некоторые из этих задач появились в последующих работах Фибоначчи.

Фибоначчи (Fibonacci) — это

Благодаря хорошему образованию Леонардо удалось обратить на себя внимание императора Фридриха II во время математических турниров в результате чего Леонардо стал пользовался Протекционизмом императора. Покровительство Фридриха и стимулировало выпуск научных трактатов Фибоначчи

Талант Леонардо как математика был достойно оценен при дворе Фридриха II, император назначил Леонардо пожизненное содержание, позволившее ему сосредоточиться на своих исследованиях.

Статуя Фибоначчи установлена в Пизе на кладбище Кампосанто на Пьяцца деи Мираколи

Несколько лет Фибоначчи жил при дворе императора. К этому времени относится его работа «Книга квадратов», написанная в 1225 году. Книга посвящена диофантовым уравнениям второй степени и ставит Фибоначчи в один ряд с такими учёными, развивающими теорию чисел, как Диофант и Ферма. Единственное упоминание о Фибоначчи после 1228 года относится к 1240 году, когда ему в Пизанской республике была назначена пенсия за заслуги перед городом.

Надпись на статуе Леонардо Фибоначчи в Пизе на кладбище Кампосанто расположенном на Пьяцца деи Мираколи

Прижизненных портретов Фибоначчи не сохранилось, а существующие являются современными представлениями о нём. Леонардо Пизанский не оставил практически никаких автобиографических сведений; единственным исключением является второй абзац «Книги абака», где Фибоначчи излагает причины, побудившие его написать книгу: «Когда отцу моему была назначена должность таможенного чиновника, заведовавшего в Беджайе делами стекавшихся к нему пизанских торговцев, он призвал меня к себе, малого отрока, и предложил взять несколько уроков счётного искусства, сулившего немало благ и выгод для моего будущего. Наученный благодаря мастерству учителей основам индийского счёта, я приобрёл большую любовь к оному искусству, а к тому же узнал, что всевозможными познаниями, касающимися заинтересовавшего меня предмета, владеют египтяне, сирийцы, греки, сицилийцы и провансальцы, развившие свои методы. Позже, во время торговых путешествий по всем этим краям, я посвятил много труда подробному изучению их методов, и, кроме того, научился искусству спора. Однако по сравнению с методом индийцев все их построения, включая подход алгорисмиков и учение Пифагора, кажутся почти заблуждениями, а потому я решил, изучив как можно внимательнее индийский метод, изложить его в пятнадцати главах, настолько понятно, насколько смогу, с добавлениями от собственного разума и с кое-какими полезными замечаниями из геометрии Евклида, вставленными по ходу сочинения. Дабы пытливый читатель мог изучить индийский счёт наиболее вдумчивым образом, я сопроводил почти каждое утверждение убедительным доказательством; рассчитываю, что латинский народ отныне не будет лишён самых точных сведений об искусстве вычислений. Если же, паче чаяния, я пропустил что-то более или менее важное, а может быть, необходимое, то молю о прощении, ибо нет среди людей никого, кто был бы безгрешен или обладал способностью всё предвидеть». Однако точный смысл этого абзаца нельзя считать полностью известным, потому что его текст, как и весь латинский текст книги, дошёл до нас с ошибками, внесёнными переписчиками.

Год смерти великого математика точно неизвестен. По официальным данным он умер около 1250 года. Однако есть мнение о том, что биография Фибоначчи закончилась предположительно в 1228 году, когда он участвовал в крестовом походе под управлением императора Фридриха Гогенштауфена.

Хотя нам очень мало известно о жизни Леонардо, все же история донесла до наших дней его главное творение — числовой ряд Фибоначчи, а также другие творения уникальности и универсальности которым, мы не перестаем удивляться.

Предпосылки появления в Средневековой Европе арабской системы счисления

Развитие математики в Средневековой Европе сильно сдерживалось несовершенством записи чисел. Повсеместно в Европе была принята римская система счисления, в которой сложно было производить арифметические действия. Между тем, арабы, проживавшие в мусульманской Испании и Сицилии, и торговавшие со всем миров, с самого начала, т.е. чуть ли не с эпохи пророка Мухаммеда, пользовались позиционной формой записи чисел. Мы называем такую запись арабской, хотя сами арабы переняли систему счисления и форму цифр у хинди. Поэтому арабы называли их знаками хинди, т.е. индийскими.

Наглядное превосходство написания арабской системы счисления относительно римской системы

Проникновение в Европу арабско-индейского позиционного счета происходил очень болезненно. После раскола христианской церкви на более модернистскую католическую и достаточно консервативную православную, произошедшего в 1054 году, в Италии сложилась благоприятная политическая обстановка для восприятия арабской культуры. Правда, прошло еще немало времени, пока наконец, в итальянском городе Пиза родился человек, передавший главнейшее математическое знание арабов темной и отсталой христианской Европе. Этого человека и звали Леонардо Пизанский или Фибоначчи.

Соотношение написания чисел в арабской и римской системах счисления

Научная деятельность. Труды Леонардо Фибоначчи

       Книга Абака (Liber abaci)

На основе знаний полученных Фибоначчи при ознакомлении с достижениями арабской математики им был написан целый ряд математических трактатов, представляющих собой выдающееся явление средневековой западноевропейской науки: «Книга Абака», книга «Практика геометрии», трактат «Цветок», «Книга квадратов». трактат Di minor guisa по коммерческой арифметике, а также комментарии к книге X «Начал» Евклида.

По этим книгам, превосходящим по своему уровню арабские и средневековые европейские сочинения, учили математику чуть ли не до времен Декарта (XVII в.).

С понятием «средневековье» в нашем сознании ассоциируется разгул инквизиции, костры, на которых сжигали ведьм и еретиков, крестовые походы за «телом господним». Наука в те времена явно не находилась «в центре внимания общества». В этих условиях появление книги по математике «Liber abaci» («Книга об абаке»), написанной в 1202 году итальянским математиком Леонардо Пизано (по прозвищу Фибоначчи), явилось важным событием в «научной жизни общества».

Из предисловия автора к трактату «Liber abaci»:

«Отец мой, родом из Пизы, служил синдиком на таможне в Бужи, в Африке, куда он меня взял с собою для изучения искусства считать. Удивительное искусство считать при помощи только девяти индусских знаков мне так понравилось, что я непременно захотел познакомиться с тем, что известно об этом искусстве в Египте, Греции, Сирии, Сицилии и Провансе. Объехав все эти страны, я убедился, что индусская система счисления есть самая совершенная… Изучив основательно эту систему и все к ней относящееся, прибавив свои собственные исследования и почерпнутое из «Начал» Евклида, я решился написать это сочинение».

Книга абака (лат. Liber abaci) — главный труд Фибоначчи (Леонардо Пизанского), посвященный изложению и пропаганде десятичной арифметики. Книга вышла в 1202 г., второе переработанное издание — 1228 г. До наших дней дошло только второе издание. Абаком Леонардо Пизанский называл арифметические вычисления. Леонардо был хорошо знаком (по арабским переводам) с достижениями древних греков и индийцев. Он систематизировал значительную их часть в своей книге. Немаловажно, что книга Фибоначчи была написана простым языком и рассчитана на тех, кто занимается практическим счётом — в первую очередь торговцев. Его изложение по ясности, полноте и глубине сразу стало выше всех античных и исламских прототипов, и долгое время, почти до времени Декарта, было непревзойдённым. Книга посвящена Микаелю Скотусу.

Книга Абака (1228) из 15 глав - главный труд крупнейшего математика средневековой Европы Леонардо Фибоначчи (1170-1250)

Эта книга состоит из 15 глав (книг) и содержит почти все арифметические и алгебраические сведения того времени, изложенные с исключительной полнотой и глубиной. Этот объемный труд, насчитывающий в печатном варианте 459 страниц, стал настоящей энциклопедией математических знаний того времени и сыграл важную роль в их распространении в странах Западной Европы в следующие несколько столетий. Работа написана на латыни и считается первым сочинением такого рода, автор которого был христианином.

Первые пять глав книги посвящены арифметике целых чисел на основе десятичной нумерации. Книга I вводит арабо-индийские цифры, сразу описывает алгоритм умножения (который в новой системе неизмеримо проще, чем в старой, римской) и показывает, как преобразовать числа из старой системы в новую. Стоит отметить, что Фибоначчи вводит как самостоятельное число и ноль (zero), название которого производит от zephirum, латинской формы «ас-сифр» (пустой). Книга II содержит многочисленные практические примеры денежных расчётов. В книге III излагаются разнообразные математические задачи — например, китайская теорема об остатках, совершенные числа, прогрессии и прочее. В книге IV даются методы приближённого вычисления и геометрического построения корней и других иррациональных чисел. Далее идут разнообразные приложения и решение уравнений. В книге VI и VII Леонардо излагает действия над обыкновенными дробями. В книге VIII—X изложены приёмы решения задач коммерческой арифметики, основанные на пропорциях. В книге XI рассмотрены задачи на смешение. В книге XII приводятся задачи на суммирование рядов — арифметической и геометрической прогрессий, ряда квадратов и, впервые в истории математики, возвратного ряда, приводящего к последовательности так называемых чисел Фибоначчи. В книге XIII излагается правило двух ложных положений и ряд других задач, приводимых к линейным уравнениям. В книге XIV Леонардо на числовых примерах разъясняет способы приближённого извлечения квадратного и кубического корней. Наконец, в XV книге собран ряд задач на применение теоремы Пифагора и большое число примеров на квадратные уравнения. Леонардо впервые в Европе использовал отрицательные числа, которые рассматривал как долг. Часть задач — на суммирование рядов. В связи с контролем вычислений по модулю приводятся признаки делимости на 2, 3, 5, 9. Изложена содержательная теория делимости, в том числе наибольший общий делитель и наименьшее общее кратное. Именно здесь помещена задача о кроликах, приводящая к знаменитому ряду Фибоначчи.

Книга Абака (1228) из 15 глав - главный труд крупнейшего математика средневековой Европы Леонардо Фибоначчи (1170-1250)

Многие важные задачи впервые известны именно из книги Леонардо; однако даже при изложении классических задач он внёс много нового. Методы решения уравнений часто оригинальные, по существу алгебраические, хотя символика отсутствует. Во многих вопросах Леонардо пошёл дальше китайцев. Фибоначчи — впервые в Европе — свободно обращается с отрицательными числами, толкуя их в индийском стиле, как долг. Самостоятельно открыл несколько численных методов (некоторые из них, впрочем, были известны арабам).

«Liber abaci», или трактат по арифметике (а именно так можно истолковать название, поскольку под «абаком» Леонардо понимал не счетную доску, а арифметику), отличалась полнотой охвата и глубиной изложения. В ней подробно разъяснялись не только азы науки о числах и действиях над ними, но и основы учения об уравнениях, т.е. алгебры. Кроме того, в «Liber abaci» имелось большое количество задач практического содержания, иллюстрировавших различные приемы решения, как арифметические – тройное правило, правило товарищества, метод ложного положения и др., так и алгебраические, приводящие к одному или нескольким уравнениям.

Страница из Книги Абака (1228) - главного труда крупнейшего математика Европы в средние века Леонардо Фибоначчи (1170-1250)

Само изложение было словесным, лишенным привычных для современного читателя символов и формул, а решение примеров и задач, носивших, как мы говорим сегодня, частный характер, сводилось к описанию действий, которые следовало применить в той или иной конкретной ситуации, и нередко сопровождалось разъяснениями или полезными комментариями автора.

Книга была адресована не только ученым мужам, но и более широкому кругу читателей: купцам, счетоводам, продавцам, чиновникам и т.д. В предисловии отмечалось, что автор написал свой труд, дабы «род латинян» не прибывал более в незнании излагаемых в нем вещей. Однако для многих из тех, кому предназначалась «Liber abaci», книга оказалась трудновата, поэтому несмотря на популярность и доработанное автором издание 1228 г., не получила того широкого распространения, которого заслуживала.

Страница из Книги Абака (1228 г_) - главного труда крупнейшего математика Европы в средние века Леонардо Фибоначчи (1170-1250)

Зато трактат Леонардо приобщил к достижениям индийских и арабских математиков европейских ученых и оказал существенное влияние на дальнейшее развитие алгебры и теории чисел. «Liber abaci» была востребована математиками эпохи Возрождения и Нового времени, сумевшими оценить ее по достоинству, ведь книга отличалась не только богатством и разнообразием рассмотренных в ней примеров и методов, но и строгостью, доказательностью изложения.

На протяжении нескольких столетий по труду Фибоначчи ученые знакомились с двумя важнейшими разделами математики – арифметикой и алгеброй и черпали из него задачи и оригинальные методы решения, благодаря чему уже в XV–XVI вв. те разошлись по многочисленным итальянским, французским, немецким, английским, а позже и русским рукописям, печатным книгам и учебникам. Некоторые задачи или их аналоги можно обнаружить и в «Сумме арифметики» Пачиоли (1494), и в «Приятных и занимательных задачах» Баше де Мизириака (1612), и в «Арифметике» Магницкого (1703), и даже в «Алгебре» Эйлера (1768).

Основную часть сведений автор кропотливо собирал, путешествуя по разным странам как купец, кое-что почерпнул из трудов Евклида (а по сути – из наследия античных математиков). Особую ценность представляло подробное изложение малоизвестной тогда в Европе индусской (десятичной) системы счисления и новых методов вычисления, позволявших заметно упростить всевозможные расчеты и успешно решать большой круг задач.

В своем труде Леонардо упомянул о разных нумерациях, как известных у него на родине, так и использовавшихся в странах Востока, которые он посетил, и показал преимущества индусской системы счисления. А начинался трактат так: «Девять индусских знаков суть следующие: 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1. С помощью этих знаков и знака 0, который называется по-арабски «сифр», можно написать какое угодно число».

Надо сказать, отдельные случаи использования этой системы встречались и ранее. С Востока ее привозили паломники, ученые, купцы, посланники и военные. Наиболее древний европейский манускрипт, в котором упоминаются придуманные индусами цифры, относится еще к концу X в. Однако десятичная система счисления очень медленно проникала в западные страны и получила там широкое распространение лишь в эпоху Возрождения.

Отметим также, что именно благодаря Фибоначчи европейцы познакомились с общими правилами решения квадратных уравнений, описанными в трактате аль-Хорезми.

Страница из книги Liber abaci с изображением таблицы для расчета сложения и умножения на фигуру издание 1857 г

Но Леонардо Пизанский был не только автором-составителем энциклопедии «Liber abaci». В ней математик отразил и результаты собственных научных изысканий. В частности, в этом труде он впервые:

-сформулировал правило для нахождения суммы членов произвольной арифметической прогрессии;

-рассмотрел возвратную последовательность, в которой каждое число, начиная с третьего, равно сумме двух предшествующих ему чисел;

ввел термин «частное» для обозначения результата деления;

-описал способ приведения дробей к общему знаменателю с помощью нахождения наименьшего общего кратного знаменателей (более рациональный, чем использовали арабские математики).

Кроме того, Фибоначчи самостоятельно разработал ряд алгебраических приемов решения задач, исследовал некоторые уравнения высших степеней, сводящиеся к квадратным, и первым среди европейских ученых подошел к введению отрицательных чисел и их толкованию как долга, что по тем временам являлось огромным достижением.

Таким образом «Книга абака» оказала огромное влияние на распространение математических знаний в Европе, служила учебником, справочником и источником вдохновения европейских учёных. Особенно неоценима её роль в быстром распространении в Европе десятичной системы и индийских цифр.

       Книга «Практика геометрии» (Practica geometriae)

Другая книга Фибоначчии, «Практика геометрии» (Practica geometriae, 1220 год), состоит из семи частей и содержит разнообразные теоремы с доказательствами, относящиеся к измерительным методам. Наряду с классическими результатами Фибоначчи приводит свои собственные — например, первое доказательство того, что три медианы треугольника пересекаются в одной точке (Архимеду этот факт был известен, но если его доказательство и существовало, до нас оно не дошло). Среди землемерных приёмов, которым посвящён последний раздел книги, — использование определённым образом размеченного квадрата для определения расстояний и высот. Для определения числа « » Фибоначчи использует периметры вписанного и описанного 96-угольника, что приводит его к значению 3.1418. Книга была посвящена Доминикусу Хиспанусу. В 1915 году Р. С. Арчибальд занимался восстановлением утерянной работы Евклида о делении фигур, базируясь на «Практике геометрии» Фибоначчи и французском переводе арабской версии.

       Трактат «Цветок» (Flos)

В трактате «Цветок» (Flos, 1225 год) Фибоначчи исследовал кубическое уравнение, предложенное ему Иоанном Палермским на математическом состязании при дворе императора Фридриха II. Сам Иоанн Палермский почти наверняка заимствовал это уравнение из трактата Омара Хайяма «О доказательствах задач алгебры», где оно приводится как пример одного из видов в классификации кубических уравнений. Леонардо Пизанский исследовал это уравнение, показав, что его корень не может быть рациональным или же иметь вид одной из квадратичных иррациональностей, встречающихся в X книге Начал Евклида, а затем нашёл приближённое значение корня в шестидесятеричных дробях, равное 1;22,07,42,33,04,40, не указывая, однако, способа своего решения.

«Книга квадратов» (Liber quadratorum)

«Книга квадратов» (Liber quadratorum, 1225 год) содержит ряд задач на решение неопределённых квадратных уравнений. Фибоначчи работал над поиском чисел, которые, будучи добавленными к квадратному числу, вновь дадут квадратное число. Он отметил, что числа и не могут быть квадратными одновременно, а также использовал для поиска квадратных чисел формулу. В одной из задач книги, также первоначально предложенной Иоанном Палермским, требовалось найти рациональное квадратное число, которое, будучи увеличено или уменьшено на 5, вновь даёт рациональные квадратные числа.

Страница из книги квадратов (Liber quadratorum, 1225 год) Леонардо Фибоначчи содержит ряд задач на решение неопределённых квадратных уравнений

       Трактат Di minor guisa

Трактат Леонардо Фибоначчи Di minor guisa по коммерческой арифметике не дошел до наших дней.

       Комментарии к книге X «Начал» Евклида

Комментарии к книге X «Начал» Евклида были утеряны.

Последовательность Фибоначчи. Числа Фибоначчи

Одним из наиболее значимых достижений в средневековой математики является введение арабских цифр вместо римских. Оно принадлежит одному из самых замечательных ученых двенадцатого столетия Леонардо Фибоначчи. Его именем было названо ещё одно сделанное им открытие – суммационная последовательность: 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,… Это – так называемые числа Фибоначчи.

Последовательность Фибоначчи_ Числа Фибоначчи

Чи́сла Фибона́ччи — элементы числовой последовательности 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, 6765, 10946, … (последовательность A000045 в OEIS) в которой каждое последующее число равно сумме двух предыдущих чисел. Название возникло от имени Леонардо Фибоначчи. Иногда число 0 не рассматривается как член последовательности.

Эта закономерность в математике интересовала ещё одного ученого средневековья – Фому Аквинского. Движимый желанием «алгеброй гармонию измерить», учёный сделал вывод о прямой связи математики и красоты. Эстетические чувства, возникающие при созерцании гармоничных, пропорционально созданных природой объектов, Фома Аквинский объяснял тем же принципом суммационной последовательности.

Этот принцип поясняет, что начиная с 1,1, следующим числом будет сумма двух предыдущих чисел. Эта закономерность имеет большое значение. Это последовательность все медленнее и медленнее – асимптотически – приближается к некоему постоянному отношению. Однако отношение это является иррациональным, то есть имеет в дробной части бесконечную и непредсказуемую последовательность цифр. Точное его выражение невозможно. Разделив любой член последовательности Фибоначчи на член, предшествующий ему, мы получим величину, которая колеблется возле значения 1.61803398875… (иррациональное), которая будет то не достигать, то превосходить его всякий раз. Даже Вечности не хватит для того, чтобы точно определить это соотношение. Для краткости мы будем использовать его в виде 1.618.

Особенности чисел Фибоначчи

1. каждое третье число Фибоначчи четно;

2. каждое четвертое кратно 3;

3. каждое пятнадцатое оканчивается нулем;

4. два соседних числа Фибоначчи взаимно просты.

Числа Фибоначчи или последовательность Фибоначчи

Последовательность Фибоначчи обладает и другими весьма любопытными особенностями, не последняя из которых — почти постоянная взаимосвязь между числами.

Сумма любых двух соседних чисел равна следующему числу в последовательности. Например: 3 + 5 = 8; 5 + 8 = 13 и т.д.

Отношение любого числа последовательности к следующему приближается к 0,618 (после первых четырех чисел).

Например: 1: 1 = 1; 1: 2 = 0,5; 2: 3 = 0,67; 3: 5 = 0,6; 5: 8 = 0,625; 8: 13 = 0,615; 13: 21 = 0,619.

Обратите внимание, как значение соотношений колеблется вокруг величины 0,618, причем размах флуктуаций постепенно сужается; а также на величины: 1,00; 0,5; 0,67.

Отношение любого числа к предыдущему приблизительно равно 1,618 (величина обратная 0,618). Например: 13: 8 = 1,625; 21: 13 = 1,615; 34: 21 = 1,619.

Чем выше числа, тем более они приближаются к величине 0,618 и 1,618.

Отношение любого числа к следующему за ним через одно приближается к 0,382, а к предшествующему через одно — 2,618. Например: 13: 34 = 0,382; 34: 13 = 2,615.

Последовательность Фибоначчи содержит и другие любопытные соотношения, или коэффициент, но те, которые мы только что привели — самые важные и известные. Как мы уже подчеркивали выше, на самом деле Фибоначчи не является первооткрывателем своей последовательности. Дело в том, что коэффициент 1,618 или 0,618 был известен еще древнегреческим и древнеегипетским математикам, которые называли его «золотым коэффициентом» или «золотым сечением». Его следы мы находим в музыке, изобразительном искусстве, архитектуре и биологии. Греки использовали принцип «золотого сечения» при строительстве Парфенона, египтяне — Великой пирамиды в Гизе. Свойства «золотого коэффициента» были хорошо известны Пифагору, Платону и Леонардо да Винчи.

Средневековый математик Лука Пачиоли назвал это соотношение Божественной пропорцией. Кеплеpом суммационная последовательность названа «одним из сокровищ геометрии». В современной науке суммационная последовательность Фибоначчи имеет несколько названий, не менее поэтичных: Отношение вертящихся квадратов, Золотое среднее, Золотое сечение. В математике его обозначают греческой буквой фи (Ф=1,618).

Асимптотический характер последовательности, ее колебания возле иррационального числа Ф, имеющие свойство затухать, станут понятнее, если рассмотреть соотношения первых членов этой последовательности. В примере ниже мы рассмотрим числа Фибоначчи приведем отношение второго к первому члену, третьего ко второму и так далее:

1:1 = 1.0000, это меньше фи на 0.6180

2:1 = 2.0000, это больше фи на 0.3820

3:2 = 1.5000, это меньше фи на 0.1180

5:3 = 1.6667, это больше фи на 0.0486

8:5 = 1.6000, это меньше фи на 0.0180

Двигаясь дальше по последовательности Фибоначчи, каждый ее новый член разделит следующий, все более и более приближаясь к недостижимому числу Ф.

Последовательность Фибоначчи - числа Фибоначчи

Впоследствии мы увидим, что некоторые числа Фибоначчи, составляющие его суммационную последовательность, видны в динамике цен на различные товары; среди методов технического анализа валютный рынок используются уровни Фибоначчи. Колебания отношений возле 1.615 на ту или иную величину могут быть обнаружены в Волновой Теории старика Эллиота, в ней они фигурируют в Правиле чередования. Подсознательно каждый человек ищет пресловутую Божественную пропорцию, которая необходима для удовлетворения стремления к комфорту.

Если мы разделим любой член последовательности Фибоначчи на член, следующий за ним, мы получим обратную к 1.618 величину, то есть 1:1.618. Это тоже достаточно необычное явление, пожалуй, даже замечательное. Исходное соотношение является бесконечной дробью, следовательно, и данное соотношение тоже должно быть бесконечным.

Другой немаловажный факт заключается в следующем. Квадрат любого члена последовательности Фибоначчи равняется числу, которое стоит перед ним в последовательности, умноженному на то число, что идет следом за ним, плюс или минус.

52 = (3 x 8) + 1

82 = (5 x 13) — 1

132 = (8 x 21) + 1

Плюс и минус всегда чередуются, и в этом заключается проявление части Волновой Теории Элиота, которая называется Правилом чередования. Это правило гласит: сложные волны коррективного характера перемежаются с простыми, сильные волны импульсного характера – со слабыми волнами коррективного характера, и так далее.

       Понятие «Золотое сечение»

Золотое сечение (золотая пропорция, деление в крайнем и среднем отношении) — деление величины (например, длины отрезка) на две части таким образом, при котором отношение большей части к меньшей равно отношению всей величины к её большей части. Или, если использовать вычисленную величину золотого сечения, — это деление величины на две части — 62% и 38% (процентные значения округлены). Приблизительная величина золотого сечения равна 1,6180339887.

Число «фи» называется также золотым числом.

Фибоначчи (Fibonacci) — это

Схематическое изображение золотого сечения

Фибоначчи (Fibonacci) — это

С незапамятных времен эта пропорция считается наивысшей из возможных пропорцией совершенства, гармонии, а иногда и божественности. Золотое отношение можно обнаружить во всем — произведений искусства до архитектуры и музыки. Примером этого являются собор Нотр-Дам в Париже, великие египетские пирамиды и даже музыкальные произведения Моцарта. Но золотое сечение проявляет себя и в природе. Наше тело, лицо, сердечный ритм и почерк – все подчинено этой пропорции, вплоть до клеточного уровня. Золотое сечение может быть обнаружено в каждом человеческом существе – не важно насколько он высок или низок – при разделении на уровне пупка. Даже биржевые курсы и алфавит иврита содержать золотое отношение Фибоначчи.

       Связь чисел Фибоначчи и «Золотого сечения»

Природа не пользуется золотым сечением сразу. Она его получает путем последовательных итераций и для порождения золотого сечения пользуется другим рядом, — рядом Фибоначчи.

Золотое сечение или отношение – математическая пропорция, которая проявляется повсеместно в природе. Эта пропорция разделяет отрезок на две неравные части таким образом, что отношение всего отрезка к большей части равно отношению большей части к меньшей. Если придать всему данному отрезку численное значение 1, золотое сечение составляет 0,61803. Числа Фибоначчи могли бы остаться только математическим казусом, если бы не то обстоятельство, что все исследователи золотого деления в растительном и в животном мире, не говоря уже об искусстве, неизменно приходили к этому ряду как арифметическому выражению закона золотого сечения.

Последовательность Фибоначчм асимптотически (пpиближаясь все медленнее и медленнее) стpемится к некотоpому постоянному соотношению. Однако, это соотношение иppационально, то есть пpедставляет собой число с бесконечной, непредсказуемой последовательностью десятичных цифp в дpобной части. Его невозможно выразить точно.

Если какой-либо член последовательности Фибоначчи pазделить на пpедшествующий ему (напpимеp, 13:8), pезультатом будет величина, колеблющаяся около иppационального значения 1.61803398875… и чеpез pаз то пpевосходящая, то не достигающая его. Hо даже затpатив на это Вечность, невозможно узнать сотношение точно, до последней десятичной цифpы. Kpаткости pади, мы будем пpиводить его в виде 1.618. Особые названия этому соотношению начали давать еще до того, как Лука Пачиоли (сpедневековый математик) назвал его Божественной пpопоpцией. Cpеди его совpеменных названий есть такие, как Золотое сечение, Золотое сpеднее и oтношение веpтящихся квадpатов. Kеплеp назвал это соотношение одним из «сокpовищ геометpии». В алгебpе общепpинято его обозначение гpеческой буквой фи Ф=1.618

       Числа Фибоначчи и Золотое сечение в геометрии             

Связь чисел Фибоначчи и Золотое сечение очень широко используется в геометрии. Мы начнем наше путешествие по геометрическим свойствам золотого сечения с «золотого» прямоугольника, который имеет следующее геометрическое определение. Прямоугольник называется «золотым», если в нем отношение большей стороны к меньшей равно золотой пропорции.

Любой отрезок может быть разделен таким образом, что соотношение между его меньшей и большей частями будет равно отношению между большей частью и всем отрезком. Это отношение всегда равно 0.618.

              Золотой прямоугольник

Стороны Золотого прямоугольника находятся в пропорции 1.618к 1. Чтобы построить Золотой прямоугольник, начните с квадрата со сторонами в2 единицы и проведите линию от середины одной из его сторон к одному из углов у противоположной стороны, как показано на рис. 3-4.

Построение золотого прямоугольника

Треугольник Eurasian Development Bank – прямоугольный. Пифагор, около 550 г. до н.э., доказал, что квадрат гипотенузы прямоугольного треугольника равен сумме квадратов его катетов. В этом случае, следовательно, X2 = 22 + 12, или X2 = 5. Длина гипотенузы ЕВ тогда равна корню квадратному из 5. Следующий шаг в построении Золотого прямоугольника заключается в продолжении линии CD до точки G так, чтобы EGравнялась корню квадратному из 5, или 2.236 единиц длины, как показано на рис.3-5. После завершения построения, стороны прямоугольника будут соотноситься как Золотая пропорция, поэтому и прямоугольник AFGC, и BFGDявляются Золотыми прямоугольниками.

рис. 3-5

Построение золотого прямоугольника рис_2

Так как стороны прямоугольников находятся в соотношении Золотой пропорции, то и сами прямоугольники, по определению, являются Золотыми прямоугольниками.

Произведения в искусстве значительно улучшены с использованием знания Золотого прямоугольника. Притягательность его ценности и употребления были особенно сильны в древнем Египте и Греции и во времена Ренессанса, т.е. во всех важных периодах цивилизации. Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci) придавал огромное значение Золотой пропорции. Он также находил ее приятной в своих соотношениях и говорил: «Если предмет не имеет правильного облика, он не работает». Многие из его картин обладают правильным обликом, потому что он использовал Золотое сечение для того, чтобы усилить их привлекательность.

В то время как пропорция фи использовалась сознательно и продумано художниками и архитекторами по своим собственным причинам, она,очевидно, действительно оказывает влияние на обозревателей таких форм. Экспериментаторы определили, что люди находят соотношение 0.618 эстетически приятным. Например, людей просили выбрать один прямоугольник из группы прямоугольников различных типов, и средний выбор в основном был близок к форме Золотого прямоугольника. Когда просили пересечь одну полоску другой так, как им больше нравится, люди в основном применяли одну полоску для деления другой в соотношении фи. Окна, рамы картин, здания, книги и кладбищенские кресты часто приблизительно соответствуют Золотому прямоугольнику.

Так же, как и Золотое сечение, ценность Золотого прямоугольника едва ли ограничивается красотой, но также служит деятельности. Среди многочисленных примеров, наиболее ярким является тот, что двойная спираль ДНК сама создает Золотое сечение в стандартных интервалах ее изгибов (см. рис.3-9).

В то время как Золотое сечение и Золотой прямоугольник представляют статические формы естественной и сотворенной человеком красоты и деятельности, представление эстетически привлекательного динамизма,организованного движения роста и развития может быть выполнено только самой прекрасной формой во Вселенной – Золотой спиралью.

Золотой прямоугольник последоватеьность в математике

               Спираль Фибоначчи и Золотая спираль

Последовательность Фибоначчи постоянно повторяется в жизни, так как она порождена спиралью Золотого Сечения, не имеющей ни начала, ни конца, уходящей в бесконечность. Жизнь не знает, как ей вести себя с бесконечностью, и эта последовательность, ставшая известной как последовательность Фибоначчи, дает ей ответ на вечный вопрос.

Золотой прямоугольник можно использовать для построения Золотой спирали. Любой Золотой прямоугольник, как на рис.3-5, можно разделить на квадрат и меньший Золотой прямоугольник, как показано на рис.3-6. Этот процесс теоретически можно продолжать до бесконечности. Эти получающиеся прямоугольники, которые мы нарисовали и которые, как оказалось, скручиваются внутрь, промаркированы A, B, C, D, E, F и G.

Построение золотого прямоугольника_1

Построение золотого прямоугольника_2

Пунктирные линии, которые сами находятся в золотом соотношении одна к другой, рассекают прямоугольники по диагонали и точно обозначают теоретический центр скручивающихся квадратов. Приблизительно из центральной точки мы можем начертить спираль, как показано на рис.3-7,соединяя точки пересечения каждого скручивающегося квадрата в порядке возрастания размера. Так как квадраты скручиваются внутрь и наружу, их точки соединения выписывают Золотую спираль. Для построения Золотой спирали может применяться такой же процесс, но с использованием скручивающихся треугольников.

В любой точке развития Золотой спирали, отношение длины дуги к ее диаметру равно 1.618. Диаметр и радиус в свою очередь соотносятся с диаметром и радиусом, отстоящих на угол в 90°, с коэффициентом1.618, как показано на рис.3-8.

рис. 3-8

Построение золотого прямоугольника_3

Золотая спираль, которая является разновидностью логарифмической или изогональной спирали, не имеет границ и является постоянной по форме. Из любой точки спирали можно двигаться бесконечно или в направлении внутрь, или наружу. Центральная часть логарифмической спирали,рассмотренная через микроскоп, имела бы тот же облик, что и самая широкая видимая ее часть на удалении многих световых лет. Как указывал Давид Бергамини(David Bergamini) в Математике, хвост кометы раскручивается от солнца в форме логарифмической спирали. Паук Epeira прядет свою паутину в виде логарифмической спирали. Бактерии размножаются в логарифмической прогрессии,которую можно начертить в виде логарифмической спирали. Метеориты, врезаясь в поверхность Земли, формируют впадины, которые соотносятся с логарифмической спиралью. Сосновые шишки, морские коньки, раковины улиток, раковины моллюсков,волны океана, папоротники, рога животных и расположение семян подсолнуха и маргаритки– все они образуют логарифмические спирали.

Облака вихревой бури и галактики открытого космоса скручиваются в логарифмические спирали. Даже человеческий палец, который составлен из трех фаланг, находящихся по отношению друг к другу в Золотой пропорции, принимает спиральную форму умирающего листа, когда сжимается. Вечность времени и световые годы космоса разделяют сосновую шишку и спиральную галактику, но строение остается тем же самым: коэффициент 1.618, возможно,первостепенный закон, управляющий активными природными явлениями. Таким образом, Золотая спираль развертывается перед нами в символической форме, как один из величественных замыслов природы, образ жизни в бесконечном расширении и сжатии, статический закон, управляющий динамическим процессом, подкрепленный и изнутри, и снаружи пропорцией 1.618, Золотым сечением.

Спираль галактики

Если приглядеться то во всём можно найти спираль Фибоначчи

       Отличие между Спиралью Фибоначчи и Золотой спиралью

В чем разница между спиралями золотого сечения и спиралью Фибоначчи? Спираль золотого сечения идеальна. Она соответствует Первоисточнику гармонии. Эта спираль не имеет ни начала, ни конца. Она бесконечна. Спираль Фибоначчи имеет начало, от которого она начинает “раскрутку”. Это очень важное свойство. Оно позволяет Природе после очередного замкнутого цикла осуществлять строительство новой спирали с “нуля”.

Спираль Фибоначчи и Золотое сечение

       Числа Фибоначчи и Золотое сечение в человеке

В 1855 г. немецкий исследователь золотого сечения профессор Цейзинг опубликовал свой труд «Эстетические исследования».

Цейзинг измерил около двух тысяч человеческих тел и пришел к выводу, что золотое сечение выражает средний статистический закон.

Золотые пропорции в частях тела человека

Деление тела точкой пупа – важнейший показатель золотого сечения. Пропорции мужского тела колеблются в пределах среднего отношения 13: 8 = 1,625 и несколько ближе подходят к золотому сечению, чем пропорции женского тела, в отношении которого среднее значение пропорции выражается в соотношении 8: 5 = 1,6.

У новорожденного пропорция составляет отношение 1: 1, к 13 годам она равна 1,6, а к 21 году равняется мужской.

Пропорции золотого сечения проявляются и в отношении других частей тела – длина плеча, предплечья и кисти, кисти и пальцев и т.д.

Золотые пропорции в частях тела человека

Справедливость своей теории Цейзинг проверял на греческих статуях. Наиболее подробно он разработал пропорции Аполлона Бельведерского. Подверглись исследованию греческие вазы, архитектурные сооружения различных эпох, растения, животные, птичьи яйца, музыкальные тона, стихотворные размеры.

Цейзинг дал определение золотому сечению, показал, как оно выражается в отрезках прямой и в цифрах. Когда цифры, выражающие длины отрезков, были получены, Цейзинг увидел, что они составляют ряд Фибоначчи.

Последовательность Фибоначчи и человеческая рука

Ряд чисел 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 и т.д. известен как ряд Фибоначчи. Особенность последовательности чисел состоит в том, что каждый ее член, начиная с третьего, равен сумме двух предыдущих 2 + 3 = 5; 3 + 5 = 8; 5 + 8 = 13, 8 + 13 = 21; 13 + 21 = 34 и т.д., а отношение смежных чисел ряда приближается к отношению золотого деления.

Так, 21: 34 = 0,617, а 34: 55 = 0,618. (или 1.618, если делить большее число на меньшее).

Божественная пропорция, Золотая пропорция, Числа Фибоначчи на человеке

Позже было открыто, что и внутренние органы человека также имеют золотое сечение. Наши современники, физик Б. Уэст и доктор А. Гольдбергер, подметили, что бронхи, состоящие из двух основных дыхательных путей, короткого и длинного, имеют интересную асимметрию: соотношение их длин составляет золотое сечение и равно 1:1,618 – то есть золотую пропорцию с точностью до трёх знаков после запятой. Такая «золотая» асимметричность продолжается и в ответвлениях бронхов, во всех более мелких дыхательных путях лёгких человека. Что уж говорить, даже в ДНК учёные обнаружили «божественное число» – в соотношении длины и ширины двух спиралей в молекуле.

           Числа Фибоначчи и Золотое сечение в природе

Просто удивительно, сколько постоянных можно вычислить пpи помощи последовательности Фибоначчи, и как ее члены проявляются в огромном количестве сочетаний. Однако не будет преувеличением сказать, что это не просто игра с числами, а самое важное математическое выражение природных явлений из всех когда-либо открытых. Пpиводимые ниже примеры показывают некоторые интересные приложения этой математической последовательности.

              Раковина

Если мы проведём плавную линий через углы наших квадратов, то получим ни что иное, как спираль Архимеда, увеличение шага которой всегда равномерно. Pаковина закручена по спирали. Если ее развернуть, то получается длина, немного уступающая длине змеи. Небольшая десятисантиметровая раковина имеет спираль длиной 35 см.Cпирали очень распространены в природе.

В спирале Архимеда можно усмотреть Раковину

Форма спирально завитой раковины привлекла внимание Архимеда. Он изучал ее и вывел уравнение спирали.Cпираль, вычерченная по этому уравнению, называется его именем. Увеличение ее шага всегда равномерно. В настоящее время спираль Архимеда широко применяется в технике.

Спираль золотого сечения на улитке - разумный замысел природы

Уравнение спирали Архимеда:

ОБ:ОА=ОВ:ОБ=ОГ:ОВ=…=1.618

(ОБ+ОГ):(ОВ+ОА)=…=1.618

Последовательность Фибоначчи и спираль Архимеда

Числа Фибоначчи и золотое сечение в природе Ракушка

              Растения

Еще Гете подчеркивал тенденцию природы к спиральности. Винтообразное и спиралевидное расположение листьев на ветках деревьев подметили давно. Cпираль увидели в расположении семян подсолнечника, в шишках сосны, ананасах, кактусах и т.д. Cовместная работа ботаников и математиков пролила свет на эти удивительные явления природы. Выяснилось, что в расположении листьев на ветке семян подсолнечника, шишек сосны проявляет себя ряд Фибоначчи, а стало быть, проявляет себя закон золотого сечения.

Особенно много спиралей можно наблюдать в расположении семечек крупного подсолнуха. Их число в каждом из направлений может достигать 55 и 89.

Числа Фибоначчи и золотое сечение в природе_ Подсолнух

Алое многолистный

Числа Фибоначчи и золотое сечение в природе Аллое

Капуста Броколи

Числа Фибоначчи и золотое сечение в природе Капуста Броколи

Природа дает нам многочисленные примеры расположения однородных предметов, описываемых числами Фибоначчи. В разнообразных спиралевидных расположениях мелких частей мелких частей растений обычно можно усмотреть два семейства спиралей. В одном из этих семейств спирали завиваются по часовой стрелке, а в другом против. Числа спиралей того и другого типов часто оказываются соседними числами Фибоначчи.

Так взяв молодую сосновую веточку, легко заметить, что хвоинки образуют две спирали, идущие слева снизу направо вверх. На многих шишках семена расположены в трех спиралях, полого навивающихся на стержень шишки. Они же расположены в пяти спиралях, круто навивающихся в противоположном направлении. В крупных шишках удается наблюдать 5 и 8 и даже 8 и 13 спиралей.

Числа Фибоначчи и золотое сечение в природе шишка

Хорошо заметны спирали Фибоначчи и на ананасе: обычно их бывает 8 и 13.

Числа Фибоначчи - ананас

Числа Фибоначчи и золотое сечение в природе - ананас

Отросток Цикория делает сильный выброс в пространство, останавливается, выпускает листок, но уже короче первого, снова делает выброс в пространство, но уже меньшей силы, выпускает листок еще меньшего размера и снова выброс. Если первый выброс принять за 100 единиц, то второй равен 62 единицам, третий – 38, четвертый – 24 и т.д. Длина лепестков тоже подчинена золотой пропорции. В росте, завоевании пространства растение сохраняло определенные пропорции. Импульсы его роста постепенно уменьшались в пропорции золотого сечения.

Числа Фибоначчи и золотое сечение в природе Цикорий

Чтобы оценить огромную роль отношения Фибоначчи как природной константы, достаточно лишь взглянуть на красоту окружающей нас природы. Рост растений в природе — идеальный пример общей уместности отношения Фибоначчи и базового ряда суммирования Фибоначчи. Числа Фибоначчи можно найти в количестве ответвлений на стебле каждого растущего растения и в числе лепестков.

Можно легко увидеть элементные числа ряда суммирования Фибоначчи в жизни растений (так называемые золотые числа), если пересчитаем лепестки некоторых наиболее распространенных цветов — например, ириса с его 3 лепестками, первоцвета с 5 ле-пестками, крестовника с 13 лепестками, маргаритки с 34 лепестками и астры с 55 (и 89) лепестками. Мы должны спросить: случайна ли эта модель (фигура) или мы идентифицировали определенный закон природы?

Идеальный пример можно найти в стеблях и цветах тысячелистника. Каждая новая ветвь тысячелистника растет из пазухи, и от новой ветви растут новые ветви. Складывая старые и новые ветви, можно найти число Фибоначчи в каждой горизонтальной плоскости.

Числа Фибоначчи и золотое сечение в природе - тысячелистник

Сложноцветные растения

В строении соцветий сложноцветных растений вновь проявляется закономерность Золотого сечения:

Иpис имеет 3 лепестка;

Числа фибоначчи в природе ирис имеет 3 лепестка

Пpимула имеет 5 лепестков;

Числа фибоначчи в природе примула имеет 5 лепестков

Амбpозия полыннолистная имеет 13 лепестков;

Числа фибоначчи в природе амброзия полыннолистная имеет 13 лепестков

Hивяник обыкновенный имеет 34 лепестка;

Числа Фибоначчи в природе - нивяник обыкновенный имеет 34 лепестка

Таким образом, суммарной последовательностью Фибоначчи легко можно трактовать закономерность проявлений Золотых чисел, встречаемых в природе. Эти законы действуют в независимости от нашего знания, от чьего-то желания принимать или не принимать их.

              Животные

В ящерице с первого взгляда улавливаются приятные для нашего глаза пропорции – длина ее хвоста так относится к длине остального тела, как 62 к 38. И в растительном и в животном мире настойчиво пробивается формообразующая тенденция природы – симметрия относительно направления роста и движения. Здесь золотое сечение проявляется в пропорциях частей перпендикулярно к направлению роста.

Природа осуществила деление на симметричные части и золотые пропорции. В частях проявляется повторение строения целого.

Числа Фибоначчи в природе - ящерица

Великий Гете, поэт, естествоиспытатель и художник (он рисовал и писал акварелью), мечтал о создании единого учения о форме, образовании и преобразовании органических тел. Это он ввел в научный обиход термин морфология.

Пьер Kюри в начале нашего столетия сформулировал ряд глубоких идей симметрии. Он утверждал, что нельзя рассматривать симметрию какого-либо тела, не учитывая симметрию окружающей среды.

Числа фибоначчи в яйцt

Закономерности золотой симметрии проявляются в энергетических переходах элементарных частиц, в строении некоторых химических соединений, в планетарных и космических системах, в генных структурах живых организмов. Эти закономерности, как указано выше, есть в строении отдельных органов человека и тела в целом, а также проявляются в биоритмах и функционировании головного мозга и зрительного восприятия.

              Космос

Из истории астрономии известно, что И.Тициус, немецкий астроном XVIII в., с помощью этого ряда нашел закономерность и порядок в расстояниях между планетами солнечной системы.

Однако один случай, который, казалось бы, противоречил закону: между Марсом и Юпитером не было планеты.Cосредоточенное наблюдение за этим участком неба привело к открытию пояса астероидов. Произошло это после смерти Тициуса в начале XIX в. Pяд Фибоначчи используют широко: с его помощью представляют архитектонику и живых существ, и рукотворных сооружений, и строение Галактик. Эти факты — свидетельства независимости числового ряда от условий его проявления, что является одним из признаков его универсальности.

Числа Фибоначчи в природе - космос

              Пирамида в Гизе

Многие пытались разгадать секреты пирамиды в Гизе. В отличие от других египетских пирамид это не гробница, а скоpее неразрешимая головоломка из числовых комбинаций. Замечательные изобpетательность, мастерство, время и труд аpхитектоpов пирамиды, использованные ими пpи возведении вечного символа, указывают на чрезвычайную важность послания, которое они хотели передать будущим поколениям. Kлюч к геометро-математическому секрету пирамиды в Гизе, так долго бывшему для человечества загадкой, в действительности был передан Геродоту храмовыми жрецами, сообщившими ему, что пирамида построена так, чтобы площадь каждой из ее граней была равна квадрату ее высоты.

Конструкция пирамиды основана на пропорции Ф=1,618. Это открытие было сделано после многочисленных попыток разгадать секреты этой пирамиды. Сама пирамида в Гизе представляется неким посланием потомкам, с тем, чтобы передать определенные знания законов математической последовательности. Во времена возведения пирамиды ее строители не располагали достаточными возможностями для выражения известных им закономерностей. В ту пору не существовала письменность, не использовались ещё и иероглифы. Однако создателям пирамиды удалось с помощью геометрической пропорции своего творения передать свои знания математической закономерности будущим поколениям.

Числа Фибоначчи в древнем Египте Пирамида построена так чтобы площадь каждой из ее граней была равна квадрату ее высоты_ Наблюдения показывают, что конструкция пирамиды основана на пропорции 1,618

Храмовые жрецы передали Геродоту секрет пирамиды в Гизе. Она выстроена таким образом, что площадь каждой грани равняется квадрату высоты этой грани.

Площадь тpеугольника: 356 x 440 / 2 = 78320

Площадь квадpата: 280 x 280 = 78400

Грань пирамиды в Гизе имеет длину 783.3 фута (238.7 м), ее высота составляет 484.4 фута (147.6 м). Разделив длину грани на высоту, вы придем к соотношению Ф=1.618. Высота 484.4 фута соответствует 5813 дюймам (5-8-13), а это не что иное, как числа последовательности Фибоначчи. Все эти наблюдения приводят нас к выводу, что вся конструкция пирамиды базируется на пропорции Ф=1,618 — это числа из последовательности Фибоначчи. Эти интересные наблюдения подсказывают, что конструкция пирамиды основана на пропорции Ф=1,618.

Золотое сечение и числа Фибоначчи - пирамиды

Некоторые современные ученые склоняются к интерпретации, что древние египтяне построили ее с единственной целью — передать знания, которые они хотели сохранить для грядущих поколений. Интенсивные исследования пирамиды в Гизе показали, сколь обширными были в те времена познания в математике и астрологии. Во всех внутренних и внешних пропорциях пирамиды число 1.618 играет центральную роль.

Сакральная геометрия последовательность Фибоначчи и пирамиды

Египетские пиpамиды постpоены в соответствии с совеpшенными пpопоpциями золотого сечения

Эти сведения дают основание полагать о высоком развитии в те времена знаний в области математики и астрологии. В строгом соответствии с числом 1.618 возведено это величайшее творение не только рук человека, но и его разума. Сами внутренние и внешние пропорции пирамиды, соблюдённые в строгом соответствии с законом Золотого сечения являются посланием нам, потомкам, из глубины веков величайшего знания.

Мексиканские пирамиды

Поражает воображение тот факт, что пирамиды в Мексике построены по такому же принципу. Невольно возникает предположение о строительстве мексиканских пирамид в одно время с египетскими, к тому же строители обладали знаниями о математическом законе Золотого сечения.

Поперечное сечение пирамиды обнаруживает форму лестницы. В пеpвом её яpусе 16 ступеней, второй содержит 42 ступени, третий – 68 ступеней. Числа базируются на последовательности Фибначчи по следующей схеме:

16 x 1.618 = 26

16 + 26 = 42

26 x 1.618 = 42

42 + 26 = 68

Число Ф = 1.618 лежит в основе пропорций мексиканской пиpамиды. (Источник: Mysteries of the Mexican Pyramids, by Peter Thomkins /Питеp Томкинс, «Тайны мексиканских пиpамид»/ (New York: Harper & Row, 1976) p. 246, 247.)

Пропорции пирамид Мексики свидетельствует что при строительстве использовалось правило золотого сечения

       Числа Фибоначчи и Золотое сечение в музыке

Трудно найти человека, не знающего, что такое скрипка. Изготовление хорошей скрипки – большое искусство. В этом искусстве выдающихся успехов достигли Антонио Страдивари, Амати, Гварнери, и по сей день звучание их инструментов является образцом, превзойти который не удалось еще никому. Можно предположить, что такое звучание происходит благодаря закону золотого сечения, которое лежит в построение скрипке Антонио Страдивари.

Числа Фибоначчи и золотое сечение в музыке

Наиболее обширное исследование проявлений золотого сечения в музыке было предпринято искусствоведом Л.Сабанеевым. Еще в 1925 году он, проанализировав 1770 музыкальных произведений 42 авторов, показал, что подавляющее большинство выдающихся сочинений можно легко разделить на Части или по теме, или по интонационному строю, или по ладовому строю, которые находятся между собой в отношении золотого сечения. По его мнению, временное протяжение музыкального произведения делится «некоторыми вехами», которые выделяются при восприятии музыки и облегчают созерцание формы целого. Все эти музыкальные вехи делят целое на части, как правило, по закону золотого сечения. Причем, чем талантливее композитор, тем в большем количестве его произведений найдено золотых сечений.

Один из видных деятелей русской и советской музыкальной культуры Э.К.Розенов впервые применил закон «золотого сечения» в музыке Анализируя «Хроматическую фантазию и фугу» И.С.Баха, ученый пришел к выводу, что «она, оказывается, сотворена по естественным законам природного формообразования, подобно человеческому организму, в котором совершенно также господствуют оба закона — закон золотого сечения и закон симметрии, с такими же мелкими художественными неточностями в

индивидуальном строении живого тела, которыми оно отличается от мертвых форм отвлеченного или фабричного происхождения». Определяя зону золотого сечения, можно убедиться, что она не в начале, не в середине пьесы, а ближе к концу (кульминация произведения), то есть в третьей четверти целого. Весь огромный звукоряд делится на три основные регистра: низкий, средний и высокий, и составляют его 88 звуков. Казалось бы, что их так немного. Но из этих 88 звуков созданы грандиозные симфонии, оратории, величайшие музыкальные творения. Небосвод Вселенной между 12 уровнями — от низшего к высшему. Каждому уровню соответствует свой знак Зодиака. Таким образом, существует неразрывная связь космоса с музыкальной системой.

       Числа Фибоначчи и Золотое сечение в архитектуре

Знаменитый ряд чисел Фибоначчи образует изначальный принцип золотого отношения. Этот ряд образован постоянным сложением предыдущих двух чисел, что выражается в следующем бесконечном численном ряду: 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55 …и так далее. Соотношение между всеми этими числами приблизительно равно золотому сечению. Эта пропорция с постоянством проявляется в геометрических формах, существующих во вселенной, например, листьях деревьев и цветов, расположении семечек подсолнуха и спиральной раковине моллюска-наутилуса.

              Храм богини Афины Парфенос

Священный холм и храм Божественной Афины, Великолепный Парфенон, Похоронив забытые руины, К богам Олимпа устремлен. Н. Васютинский Великолепный Парфенон. Результатом совместных усилий архитекторов, скульпторов и всего народа Древней Греции явилось создание храма богини Афины Парфенос — «великолепного Парфенона», который по праву считается величайшим памятником древнегреческой архитектуры. Парфенон отличается удивительной величественностью и глубокой человечностью архитектурных и скульптурных образов и главной причиной красоты Парфенона является исключительная соразмерность его частей, основанная на золотом сечении. Архитекторы понимали, что при зрительном восприятии прямоугольник, отношение сторон которого выбрано по “золотому сечению”, вызывает ощущение гармонии.

Парфенон имеет 8 колонн по коротким сторонам и 17 по длинным. выступы сделаны целиком из квадратов пентилейского мрамора. Благородство материала, из которого построен храм, позволило ограничить применение обычной в греческой архитектуре раскраски, она только подчеркивает детали и образует цветной фон (синий и красный) для скульптуры. Отношение высоты здания к его длине равно 0,618. Если произвести деление Парфенона по “золотому сечению”, то получим те или иные выступы фасада

.

В пропорциях здания Парфенона хорошо усматривается правило золотого сечения

В пропорциях здания Парфенона хорошо усматривается правило золотого сечения

В плане Парфенона усматривается божественная пропорция

               Собор Василия Блаженного     

Собор Василия Блаженного на Красной площади Храм этот особенный, он отличается удивительным разнообразием форм и деталей, красочных покрытий; ему нет равных в нашей стране. Архитектурное убранство всего собора продиктовано определенной логикой и последовательностью развития форм. Исследователи пришли к выводу о преобладании в нем ряда золотого сечения. Если принять высоту собора за единицу, то основные пропорции, определяющие членение целого на части, образуют ряд золотого сечения 1: j: j2: j3:j4: j5: j6: j7, где j =0,618. В этом членении и заключена основная архитектурная идея создания собора, единая для всех восьми куполов, объединяющая их в одну композицию.

Золотое сечение в архитектуре_ Храм Василия Блаженного на Красной площади в Москве

              Собор Парижской Богоматери

Собор Нотрдам де Пари во Франции Собор Парижcкой Богоматери, что находится в западной части острова Сите, начали строить в 1163 году при епискоае Морисе де Сюлли. Первый камень в основание символически вложил сам папа римский Александр III. Собор строился достаточно долго, около двухсот лет. В 1257-1270 гг. над собором трудились архитекторы Жан де Шель и Пьер де Монтрейль. В 1280-1330 гг., целых 50 лет, здесь работали Пьер де Шель и Жан Рави. Средства на постройку будущего главного собора Парижа с легкостью раздавали король, епископ и просто парижские граждане. К 1196 году храм был почти закончен, работы продолжались лишь на главном фасаде.

Франция» src=»/pictures/investments/img1955619_Zolotoe_sechenie_v_arhitekture_Sobor_Parizhskoy_Bogomateri_Frantsiya.jpg» style=»width: 600px; height: 528px;» title=»Золотое сечение в архитектуре_ Собор Парижской Богоматери_ Франция» />

       Числа Фибоначчи и Золотое сечение в изобразительном искусстве 

Искусствоведы дружно утверждают, что на живописном полотне существуют четыре точки повышенного внимания. Располагаются они по углам четырехугольника, и зависят от пропорций подрамника. Считается, что какими бы ни были масштабы и размеры холста, все четыре точки обусловлены золотым сечением. Все четыре точки (их называют зрительными центрами) расположены на расстоянии 3/8 и 5/8 от краев (на рисунках в этой книжке золотые точки выделены оранжевым цветом). Полагают, что это матрица композиции любого произведения изобразительного искусства.

              Картина Явление Мессии (Явление Христа народу)

Золотое сечение в изобразительном искусстве_ Картина Александра Иванова_ Явление Мессии (Явление Христа народу) 1836-1857

       Последовательность Фибоначчи и хронология древнейшей истории

В качестве инструмента хронологии впервые была избрана гармоническая система числовых отношений, так называемый ряд Фибоначчи Приведем ее начальную часть:1, 1, 2, 3, 5, 8 и т. д.

Приметы такого ряда очевидны в хронологии эпох I тыс. н. э. — I тыс. до н. э. Числа ряда удачно фиксируют поздний железный век(I тыс. н. э.) и начало железного века(Iтыс до н.э.). В интервале 5 — 2 тыс. до н. э. сосредоточены культуры энеолита, ранней и поздней бронзы Европы, к интервалу 8 — 5 тыс. до н. э. относят европейский мезолит и неолитические культуры Ближнего Востока. Правда, мезолит Ближнего Востока датируют иначе: 10 — 7 тыс. до н.э., а мезолит Восточной Европы — 11 — 6 тыс. до н. э. Особенности в хронологии культур 10 — 5 тыс. до н. э. региональны. Они зависят от неравномерности развития, которая возникла в верхнем палеолите и сохранялась на протяжении всего времени в дальнейшем.

Последовательность Фибоначчи в древнейшей истории

Замеченные расхождения в хронологии археологических эпох имеют региональный масштаб, никак не затрагивают самой числовой последовательности, присущей ряду Фибоначчи: 1, 1, 2, 3, 5, 8. Очевидно, что в хронологии археологических культур более раннего времени, развитию которых присущ планетарный характер, следует ожидать более строгого соответствия ряду Фибоначчи. Продолжим ряд, его составляют такие числа: 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1 597, 2 584, 4181 и т.д.

Cначала казалось удивительным: некоторые элементы этой последовательности, действительно, соответствуют хронологическим рубежам в древнейшей истории человечества, особенно если к числам добавить наименование «тыс. лет до н. э.», или «тыс. лет тому назад», или просто «тыс. лет». Так, позицию 233 тыс. лет в приводимой последовательности можно отождествить с датой рисского оледенения в Европе, общепризнанная геологическая дата которого 230 тыс. лет т. н. Позиция, соответствующая 377 тыс. лет, близка дате в 400 тыс. лет т. н. этому времени относят выход человечества из биоценоза.

Около середины II миллионолетия (1 597 тыс. л., согласно ряду) складывается древнейшая археологическая культура олдувай, в середине III миллионолетия (2 584 тыс. лет) появляются австралопитековые формы ископаемого человека, с которым связывают так называемое начало орудийности. На протяжении 720 — 600 тыс. лет складывается трудовая традиция и формируется речь. Дата завершения этих процессов находится почти рядом с позицией ряда в 610 тыс. лет.

Действительно, эти рубежи разграничивают развитие человечества на отдельные этапы, которые иногда называют временными ступенями. Переход с одной временной ступени на другую считают эволюцией системы. Повторим ряд, обозначив курсивом те ступени, хронология которых проверена: 1, 1, 2, 3,5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233,377, 610, 987,1 597, 2584.

Одиннадцать из 18 позиций ряда проверены и подтверждены с достаточной степенью надежности и точности. Иногда говорят, что одно подтверждение — случайность, два — совпадение, три — тенденция. В нашем случае не три, а 60% совпадений проверены и подтверждены. Такое число подтверждений можно считать выражением не столько тенденции, сколько закономерности.

Итак, хронология и периодизация, можно сказать, исторического развития с помощью ряда Фибоначчи разделена на 18 временных ступеней, имеющих планетарный характер. Повторим их 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1 597, 2 584.События, хронология которых оказывается за пределами ряда, имеют региональный характер. Хронологические границы археологических эпох и периодов, найденные с помощью ряда Фибоначчи, жесткие. В них нет договора: они либо приемлемы, либо — нет. В основе такого выбора лежит научное мировоззрение, которое всегда строго и определенно.

Таковы, в первом приближении, возможности использования ряда Фибоначчи в разработке периодизации и общей хронологии развития человечества с древнейших времени до начала современной эпохи.

Фибоначчи (Fibonacci) — это

       

Фибоначчи (Fibonacci) — это

Фибоначчи (Fibonacci) — это

«

Фибоначчи (Fibonacci) — это

Фибоначчи (Fibonacci) — это

«

Фибоначчи (Fibonacci) — это

11.

????? ????????? ?????. ???????? ??????

Фибоначчи (Fibonacci) — это

«

Фибоначчи (Fibonacci) — это

12.

???? ????????? 0,618

Новые методы торговли по Фибоначчи

В 1993 году Роберт Фишер издал в «Уайли энд Санз» книгу под рабочим названием «Приложения и стратегии Фибоначчи для трейдеров», в которой описывались базовые открытия и изобретения Фибоначчи в приложении к сложным стратегиям успешной торговли. Книга приобрела и до сих пор сохраняет всеобщий успех.

Прошло почти восемь лет. Чем популярнее становилась книга, тем очевиднее становилось, что в первом варианте отсутствует важная составная часть, необходимая, чтобы сделать по-настоящему результативными замечательные принципы Фибоначчи. За прошедшую половину десятилетия возросшие вычислительные, графические и чертежные возможности современных компьютерных технологий открыли новые неисследованные горизонты. Этот потенциал не должен быть упущен. Заметно прогрессировали компьютерные технологии, а вместе с ними и возможности успешно торговать на рынках, используя инструменты Фибоначчи.

Золотое сечение спираль на ракушке

Фибоначчи (Fibonacci) — это

«

Цель авторов — сделать стратегии Фибоначчи прибыльными для трейдеров. В первой книге все идеи, правила, принципы и инструменты Фибоначчи фиксировались на бумаге, и отсутствовала возможность преобразовать многообещающие торговые идеи в работоспособные системы торговли, применяемые к рыночным данным в режиме реального времени.

Леона́рдо Пиза́нский (лат. Leonardus Pisanus, итал. Leonardo Pisano, около 1170 года, Пиза — около 1250 года, там же) — первый крупный математик средневековой Европы. Наиболее известен под прозвищем Фибона́ччи.

Отец Фибоначчи по торговым делам часто бывал в Алжире, и Леонардо изучал там математику у арабских учителей. Позже Фибоначчи посетил Египет, Сирию, Византию, Сицилию. Он ознакомился с достижениями античных и индийских математиков в арабском переводе. На основе усвоенных им знаний Фибоначчи написал ряд математических трактатов, представляющих собой выдающееся явление средневековой западноевропейской науки. Труд Леонардо Фибоначчи «Книга абака» способствовал распространению в Европе позиционной системы счисления, более удобной для вычислений, чем римская нотация; в этой книге были подробно исследованы возможности применения индийских цифр, ранее остававшиеся неясными, и даны примеры решения практических задач, в частности, связанных с торговым делом[1]. Позиционная система приобрела в Европе популярность в эпоху Возрождения[2].

Сам Леонардо Пизанский никогда не называл себя «Фибоначчи». Первое известное нам упоминание «Леонардо Фибоначчи» (Lionardo Fibonacci) содержится в записях нотариуса Священной Римской империи Перизоло (Perizolo da Pisa, Notaro Imperiale) за 1506 год[3][4]. Слово Fibonacci — сокращение от двух слов «filius Bonacci», появившихся на обложке «Книги абака»; они могли означать либо «сын Боначчо», либо, если интерпретировать слово Боначчи как фамилию, «сын Боначчи». Согласно третьей версии, само слово Боначчи нужно тоже понимать как прозвище, означавшее «удачливый». Сам он обычно подписывался Боначчи; иногда он использовал также имя Леонардо Биголло — слово bigollo на тосканском наречии значило «странник», а также «бездельник»[5].

Биография

Фибоначчи родился в итальянском городе Пиза, предположительно в 1170-е годы (в некоторых источниках стоит 1180 год). Его отец, Гильермо, был торговцем. В 1192 году он был назначен представлять пизанскую торговую колонию в Северной Африке и часто бывал в Беджаи, Алжир. По желанию отца, который хотел, чтобы Леонардо стал хорошим торговцем, он переехал в Алжир и изучал там математику (искусство вычислений) у арабских учителей. Позже Фибоначчи посетил Египет, Сирию, Византию, Сицилию[6].

В 1200 году Леонардо вернулся в Пизу и принялся за написание своего первого труда «Книги абака»[6]. В то время в Европе о позиционной системе счисления и арабских цифрах знали очень немногие. В своей книге Фибоначчи всячески поддерживал индийские приёмы вычисления и методы[7]. По словам историка математики А. П. Юшкевича, «„Книга абака“ резко возвышается над европейской арифметико-алгебраической литературой XII—XIV веков разнообразием и силой методов, богатством задач, доказательностью изложения… Последующие математики широко черпали из неё как задачи, так и приёмы их решения». По первой книге многие поколения европейских математиков изучали индийскую позиционную систему счисления[7].

Книга заинтересовала императора Фридриха II и его придворных, среди которых был астролог Майкл Скот (Michael Scotus), философ Теодорус Физикус (Theodorus Physicus) и Доминикус Хиспанус (Dominicus Hispanus). Последний предложил, чтобы Леонардо пригласили ко двору в одно из посещений императором Пизы около 1225 года, где ему задавал задачи Иоанн Палермский, ещё один придворный философ Фридриха II. Некоторые из этих задач появились в последующих работах Фибоначчи[5][8]. Благодаря хорошему образованию Леонардо удалось обратить на себя внимание императора Фридриха II во время математических турниров. Впоследствии Леонардо пользовался покровительством императора[9].

Несколько лет Фибоначчи жил при дворе императора. К этому времени относится его работа «Книга квадратов», написанная в 1225 году. Книга посвящена диофантовым уравнениям второй степени и ставит Фибоначчи в один ряд с такими учёными, развивавшими теорию чисел, как Диофант и Ферма[8]. Единственное упоминание о Фибоначчи после 1228 года относится к 1240 году, когда ему в Пизанской республике была назначена пенсия за заслуги перед городом[5].

Прижизненных портретов Фибоначчи не сохранилось, а существующие являются современными представлениями о нём. Леонардо Пизанский не оставил практически никаких автобиографических сведений; единственным[10] исключением является второй абзац «Книги абака», где Фибоначчи излагает причины, побудившие его написать книгу:

Когда отцу моему была назначена должность таможенного чиновника, заведовавшего в Беджайе делами стекавшихся к нему пизанских торговцев, он в отрочестве моём призвал меня к себе и предложил несколько дней учиться счётному искусству, сулившему немало удобств и выгод для моего будущего. Наученный благодаря мастерству учителей основам индийского счёта, я приобрёл большую любовь к этому искусству и заодно узнал, что кое-что об этом предмете известно среди египтян, сирийцев, греков, сицилийцев и провансальцев, развивших свои методы. Позже, во время торговых путешествий по всем этим краям, я посвятил много труда подробному изучению их методов и, кроме того, овладел искусством научного спора. Однако по сравнению с методом индийцев все построения этих людей, включая подход алгорисмиков и учение Пифагора, кажутся почти заблуждениями, а потому я решил, изучив как можно внимательнее индийский метод, изложить его в пятнадцати главах настолько понятно, насколько смогу, с добавлениями от собственного разума и с кое-какими полезными примечаниями из геометрии Евклида, вставленными по ходу сочинения. Дабы пытливый читатель мог изучить индийский счёт наиболее вдумчивым образом, я сопроводил почти каждое утверждение убедительным доказательством; рассчитываю, что латинский народ отныне не будет лишён самых точных сведений об искусстве вычислений. Если же, паче чаяния, я пропустил что-то более или менее важное, а может быть, необходимое, то молю о прощении, ибо нет среди людей никого, кто был бы безгрешен или обладал способностью всё предвидеть.

Cum genitor meus a patria publicus scriba in duana bugee pro pisanis mercatoribus ad eam confluentibus constitutus preesset, me in pueritia mea ad se venire faciens, inspecta utilitate et commoditate futura, ibi me studio abbaci per aliquot dies stare voluit et doceri. Vbi ex mirabili magisterio in arte per novem figuras indorum introductus, scientia artis in tantum mihi pre ceteris placuit, et intellexi ad illam quod quicquid studebatur ex ea apud egyptum, syriam, greciam, siliciam, et provinciam cum suis variis modis, ad que loca negotiationis causa postea peragravi per multum studium et disputationis didici conflictum. Sed hoc totum etiam, et algorismum atque artem pictagore quasi errorem computavi respectu modi indorum. Quare, amplectens strictius ipsum modum indorum et attentius studems in eo, ex proprio sensu quedam addens et quedem etiam ex subtilitatibus euclidis geometrice artis apponens, summam huius libri, quam intelligibilius potui, in quindecim capitulis distinctam componere laboravi, fere omnia que inserui certa probatione ostendens, ut extra perfecto pre ceteris modo hanc scientiam appetentes instruantur, et gens latina de cetero, sicut hactenus, absque illa minime inveniatur. Si quid forte minus aut plus iusto vel necessario intermisi, mihi deprecor indulgeatur, cum nemo sit qui vitio careat et in omnibus undique sit circumspectus.

Однако точный смысл этого абзаца нельзя считать полностью известным, потому что его текст, как и весь латинский текст книги, дошёл до нас с ошибками, внесёнными переписчиками.[11][12]

Научная деятельность

Книга абака

Книга абака

Значительную часть усвоенных им знаний он изложил в своей «Книге абака» (Liber abaci, 1202 год; до наших дней сохранилась только дополненная рукопись 1228 года)[2]. Эта книга состоит из 15 глав и содержит почти все арифметические и алгебраические сведения того времени, изложенные с исключительной полнотой и глубиной. Первые пять глав книги посвящены арифметике целых чисел на основе десятичной нумерации. В VI и VII главе Леонардо излагает действия над обыкновенными дробями. В VIII—X главах изложены приёмы решения задач коммерческой арифметики, основанные на пропорциях. В XI главе рассмотрены задачи на смешение. В XII главе приводятся задачи на суммирование рядов — арифметической и геометрической прогрессий, ряда квадратов и, впервые в истории математики, возвратного ряда, приводящего к последовательности так называемых чисел Фибоначчи. В XIII главе излагается правило двух ложных положений и ряд других задач, приводимых к линейным уравнениям. В XIV главе Леонардо на числовых примерах разъясняет способы приближённого извлечения квадратного и кубического корней. Наконец, в XV главе собран ряд задач на применение теоремы Пифагора и большое число примеров на квадратные уравнения. Леонардо впервые в Европе использовал отрицательные числа, которые рассматривал как долг[7]. Книга посвящена Майклу Скоту[5].

Другая книга Фибоначчи, «Практика геометрии» (Practica geometriae, 1220 год), состоит из семи частей и содержит разнообразные теоремы с доказательствами, относящиеся к измерительным методам. Наряду с классическими результатами Фибоначчи приводит свои собственные — например, первое доказательство того, что три медианы треугольника пересекаются в одной точке (Архимеду этот факт был известен, но если его доказательство и существовало, до нас оно не дошло). Среди землемерных приёмов, которым посвящён последний раздел книги, — использование определённым образом размеченного квадрата для определения расстояний и высот. Для определения числа pi Фибоначчи использует периметры вписанного и описанного 96-угольника, что приводит его к значению 3,1418[7]. Книга была посвящена Доминикусу Хиспанусу[5]. В 1915 году Р. С. Арчибальд занимался восстановлением утерянной работы Евклида о делении фигур, базируясь на «Практике геометрии» Фибоначчи и французском переводе арабской версии[11].

В трактате «Цветок» (Flos, 1225 год) Фибоначчи исследовал кубическое уравнение x^{3}+2x^{2}+10x=20, предложенное ему Иоанном Палермским на математическом состязании при дворе императора Фридриха II[7]. Сам Иоанн Палермский почти наверняка заимствовал это уравнение из трактата Омара Хайяма «О доказательствах задач алгебры», где оно приводится как пример одного из видов в классификации кубических уравнений. Леонардо Пизанский исследовал это уравнение, показав, что его корень не может быть рациональным или же иметь вид одной из квадратичных иррациональностей, встречающихся в X книге Начал Евклида, а затем нашёл приближённое значение корня в шестидесятеричных дробях, равное 1;22,07,42,33,04,40[8], не указывая, однако, способа своего решения[5].

«Книга квадратов» (Liber quadratorum, 1225 год) содержит ряд задач на решение неопределённых квадратных уравнений. Фибоначчи работал над поиском чисел, которые, будучи добавленными к квадратному числу, вновь дадут квадратное число. Он отметил, что числа x^{2}+y^{2} и x^{2}-y^{2} не могут быть квадратными одновременно[8], а также использовал для поиска квадратных чисел формулу x^{2}+(2x+1)=(x+1)^{2}[5]. В одной из задач книги, также первоначально предложенной Иоанном Палермским, требовалось найти рациональное квадратное число, которое, будучи увеличено или уменьшено на 5, вновь даёт рациональные квадратные числа[7].

Среди не дошедших до нас произведений Фибоначчи трактат Di minor guisa по коммерческой арифметике, а также комментарии к книге X «Начал» Евклида[5].

Задачи Фибоначчи

Оставаясь верным математическим турнирам, основную роль в своих книгах Фибоначчи отводит задачам, их решениям и комментариям. Задачи на турниры предлагал как сам Фибоначчи, так и его соперник, придворный философ Фридриха II Иоанн Палермский[9]. Задачи Фибоначчи, как и их аналоги, продолжали использовать в различных математических учебниках несколько столетий. Их можно встретить в «Сумме арифметики» Пачиоли (1494), в «Приятных и занимательных задачах» Баше де Мизириака (1612), в «Арифметике» Магницкого (1703), в «Алгебре» Эйлера (1768)[2].

Задача о размножении кроликов

В место, огороженное со всех сторон стеной, поместили пару кроликов, природа которых такова, что любая пара кроликов производит на свет другую пару каждый месяц, начиная со второго месяца своего существования. Сколько пар кроликов будет через год? (Ответ: 233 пары). Для поиска ответа используется рекуррентная числовая последовательность 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, … (по ней составлена последовательность A000045 в OEIS; отличие в том, что вторая последовательность начинается с нуля и единицы, а не с единицы и двойки), в которой каждое последующее число равно сумме двух предыдущих; ответом, в соответствии с условиями задачи, является тринадцатый член (завершение каждого месяца — это перескок к следующему члену последовательности; текущий член последовательности перед началом опыта — это первый; всего месяцев двенадцать). В честь учёного она носит название чисел Фибоначчи. Числа Фибоначчи нашли своё применение во многих областях математики. Одним из важных свойств последовательности является тот факт, что предел отношения a_{{n+1}} к a_n равен золотому сечению[2]. Наглядно формирование последовательности можно показать следующим образом:

1: 1 + 1 = 2
2:     1 + 2 = 3
3:         2 + 3 = 5
4:             3 + 5 = 8
5:                 5 + 8 = 13
6:                     8 + 13 = 21
7:                         13 + 21 = 34
8:                              21 + 34 = 55
9:                                   34 + 55 = 89
...                                           и т. д.

Задачи о гирях

Задача о выборе наилучшей системы гирь для взвешивания на рычажных весах[13][14] впервые была сформулирована именно Фибоначчи. Леонардо Пизанский предлагает два варианта задачи:

  • Простой вариант: требуется найти пять гирь, с помощью которых можно найти все веса меньше 30, при этом гири можно класть только на одну чашу весов (Ответ: 1, 2, 4, 8, 16). Решение строится в двоичной системе счисления[2].
  • Сложный вариант: требуется найти наименьшее число гирь, с помощью которого можно взвесить все веса меньше заданного (Ответ: 1, 3, 9, 27, 81,…). Решение строится в системе счисления по основанию три[2] и в общем случае представляет собой последовательность A000244 в OEIS.

Задачи по теории чисел

Кроме задачи о кроликах, Фибоначчи предлагал ряд других задач по теории чисел[11]:

  • Найти число, которое делится на 7 и даёт в остатке единицу при делении на 2, 3, 4, 5 и 6; (Ответ: 301)
  • Найти число, произведение которого с семёркой даёт остатки 1, 2, 3, 4, 5 при делении на 2, 3, 4, 5, 6, соответственно;
  • Найти квадратное число (то есть число, равное квадрату целого числа), которое при увеличении или уменьшении на 5 давало бы квадратное число.

Некоторые другие задачи

  • Найти число, 19/20 которого равно квадрату самого числа. (Ответ: 19/20)[2].
  • Сплав из 30 весовых частей состоит из трёх металлов: первый металл достоинством по три монеты на одну часть, второй металл по две монеты на одну часть, а у третьего металла каждые две части стоят по одной монете; стоимость всего сплава 30 монет. Сколько частей каждого металла содержит сплав? (Ответ: 3 части первого металла, 5 частей второго металла, 22 части третьего). В таких терминах Фибоначчи переформулировал известную задачу о птицах, в которой были использованы те же самые числа (30 птиц трёх разных видов стоят 30 монет, по заданным ценам найти количество птиц каждого вида)[7].
  • «Шуточная задача о семи старухах», которые шли в Рим, и у каждой было по семь мулов, на каждом из которых по семь мешков, в каждом из которых по семь хлебов, в каждом из которых по семь ножей, каждый из которых в семи ножнах. Нужно найти общее число предметов. Эта задача обошла много стран, первое известное упоминание о ней было ещё в Древнем Египте в папирусе Ахмеса. (Ответ: 137 256)[2][7].

Память

Памятник Фибоначчи в Пизе

Памятник Фибоначчи в Пизе

В XIX веке в Пизе был поставлен памятник учёному. Ранее статуя стояла в Giardino Scotto, а после того, как в 1978 году Франк Джонсон нарисовал портрет Фибоначчи с этой статуи, она была перенесена на кладбище Кампосанто, расположенном в Пизе на Пьяцца деи Мираколи.

Именем Фибоначчи названы улицы в Пизе (Lungarno Fibonacci) и во Флоренции (Via Fibonacci). Кроме того, имя Фибоначчи носит ассоциация Fibonacci Association[15] и издаваемый ею научный журнал Fibonacci Quarterly[16], посвящённые числам Фибоначчи, проект Евросоюза в сфере образования[17], а также другие программы[11].

Работы Фибоначчи

При покровительстве императора Леонардо Пизанский написал несколько книг[18][5][9]:

  • «Книга абака» (Liber abaci), 1202 год, дополнена в 1228 году;
  • «Практика геометрии» (Practica geometriae), 1220 год;
  • «Цветок» (Flos) 1225 год;
  • «Книга квадратов» (Liber quadratorum), 1225 год;
  • Di minor guisa, утеряно;
  • Комментарии к книге X «Начал» Евклида, утеряно;
  • Письмо Теодорусу, 1225 год.

Примечания

  1. N. Ambrosetti. L’eredità arabo-islamica nelle scienze e nelle arti del calcolo dell’Europa. — LED Edizioni Universitarie, 2008. — С. 220—221.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 Карпушина Н. «Liber abaci» Леонардо Фибоначчи Архивная копия от 1 июля 2014 на Wayback Machine, Математика в школе, № 4, 2008.
  3. Drozdyuk, Andriy; Drozdyuk, Denys. Fibonacci, his numbers and his rabbits. — Toronto: Choven Pub, 2010. — С. 18. — xi, 129 с. — ISBN 978-0-9866300-1-9, 0-9866300-1-2. Архивная копия от 17 февраля 2020 на Wayback Machine
  4. Дроздюк А. В.; Дроздюк Д. В. Фибоначчи, его числа и кролики. Пер. с англ. — Торонто: Choven, 2010. — С. 20. — 145 с. — ISBN 978-0-9866300-0-2.
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Leonardo Pisano Fibonacci. Дата обращения: 24 марта 2013. Архивировано 10 июня 2013 года.
  6. 1 2 R.Knott, D.A.Quinney and PASS Maths The life and numbers of Fibonacci Архивная копия от 2 апреля 2013 на Wayback Machine
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 История математики: в 3 т / под редакцией А. П. Юшкевича. — М.: Наука, 1970. — Т. I: С древнейших времён до начала Нового времени. — С. 260—267.
  8. 1 2 3 4 Frances Carney Gies Leonardo Pisano Архивная копия от 9 апреля 2013 на Wayback Machine//Энциклопедия Британника
  9. 1 2 3 Яглом И. М. Итальянский купец Леонардо Фибоначчи и его кролики. Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine // Квант, 1984. № 7. С. 15-17
  10. [1] Архивная копия от 23 сентября 2013 на Wayback Machine Treccani, l’Enciclopedia Italiana: Fibonacci, Leonardo (detto Leonardo Pisano)
  11. 1 2 3 4 EIGHT HUNDRED YEARS YOUNG Архивная копия от 19 декабря 2008 на Wayback Machine// A. F. HORADAM
  12. RICHARD E.GRIMM//THE AUTOBIOGRAPHY OF LEONARDO PISANO Архивная копия от 9 июля 2021 на Wayback Machine
  13. А. П. Стахов. Две знаменитые задачи Фибоначчи http://www.goldenmuseum.com/1001TwoProblems_rus.html Архивная копия от 16 декабря 2010 на Wayback Machine
  14. Леонардо Пизано Фибоначчи http://www.xfibo.ru/fibonachi/leonardo-pisano-fibonacci.htm Архивная копия от 8 апреля 2014 на Wayback Machine
  15. The Fibonacci Association Архивировано 8 июня 2007 года.
  16. Fibonacci Quarterly. Дата обращения: 5 апреля 2013. Архивировано 8 марта 2013 года.
  17. Fibonacci Project. Дата обращения: 5 апреля 2013. Архивировано 31 мая 2013 года.
  18. A brief biographical sketch of Fibonacci, his life, times and mathematical achievements. Дата обращения: 24 марта 2013. Архивировано 20 февраля 2018 года.

Литература

  • Щетников А. И. К реконструкции итерационного метода решения кубических уравнений в средневековой математике. Труды третьих Колмогоровских чтений. Ярославль: Изд-во ЯГПУ, 2005, с. 332—340.
  • Glushkov S. On approximation methods of Leonardo Fibonacci. Historia Mathematica, 3, 1976, p. 291—296.
  • Sigler, L. E. Fibonacci’s Liber Abaci, Leonardo Pisano’s Book of Calculations» Springer. New York, 2002, ISBN 0-387-40737-5.


Эта страница в последний раз была отредактирована 2 октября 2022 в 07:21.

Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.

Мозаика из квадратов, длины сторон которых являются последовательными числами Фибоначчи: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 и 21.

В математике числа Фибоначчи , обычно обозначаемые F n , образуют последовательность , называемую последовательностью Фибоначчи , так что каждое число является суммой двух предыдущих, начиная с 0 и 1. То есть,

{ Displaystyle F_ {0} = 0,  quad F_ {1} = 1,}

а также

{ Displaystyle F_ {n} = F_ {n-1} + F_ {n-2}}

для n > 1 .

Последовательность начинается:

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, …

Согласно некоторым более старым определениям, значение опускается, так что последовательность начинается с, а повторение допустимо для n > 2 . В своем первоначальном определении Фибоначчи начал последовательность сF_ {0} = 0{ Displaystyle F_ {1} = F_ {2} = 1,}{ Displaystyle F_ {n} = F_ {n-1} + F_ {n-2}}{ Displaystyle F_ {1} = 1, F_ {2} = 2}

Спираль Фибоначчи: аппроксимация золотой спирали, созданной путем рисования дуг окружности, соединяющих противоположные углы квадратов в мозаике Фибоначчи; (см. предыдущее изображение)

Числа Фибоначчи сильно связаны с золотым сечением : формула Бине выражает n- е число Фибоначчи через n и золотое сечение и подразумевает, что соотношение двух последовательных чисел Фибоначчи стремится к золотому сечению при увеличении n .

Числа Фибоначчи названы в честь итальянского математика Леонардо Пизанского, позже известного как Фибоначчи . В своей книге 1202 года Liber Abaci Фибоначчи представил последовательность для западноевропейской математики, хотя последовательность была описана ранее в индийской математике , еще в 200 г. до н.э., в работе Пингалы по перечислению возможных паттернов санскритской поэзии, образованных из двух слогов.

Числа Фибоначчи неожиданно часто появляются в математике, настолько, что их исследованию посвящен целый журнал — Fibonacci Quarterly . Приложения чисел Фибоначчи включают компьютерные алгоритмы, такие как метод поиска Фибоначчи и структура данных кучи Фибоначчи , а также графы, называемые кубами Фибоначчи, используемые для соединения параллельных и распределенных систем.

Они также проявляются в биологических условиях , таких как ветвление деревьев, расположение листьев на стебле , ростки плодов ананаса , цветение артишока , раскручивающийся папоротник и расположение прицветников сосновой шишки .

Числа Фибоначчи также тесно связаны с числами Люка , поскольку числа Фибоначчи и Лукаса образуют дополнительную пару последовательностей Люка : и .
L_ {n}U_ {n} (1, -1) = F_ {n}V_ {n} (1, -1) = L_ {n}

История

Тринадцать ( F 7 ) способов расположения длинных (показаны красными плитками) и коротких слогов (показаны серыми квадратами) в каденции длиной шесть. Пять ( F 5 ) оканчиваются длинным слогом, а восемь ( F 6 ) — коротким слогом.

Последовательность Фибоначчи появляется в индийской математике в связи с санскритской просодией , как указал Пармананд Сингх в 1986 году. В санскритской поэтической традиции был интерес к перечислению всех образов длинных (L) слогов продолжительностью 2 единицы, сопоставленных с короткими ( S) слоги длительностью 1 ед. Подсчет различных паттернов последовательных L и S с заданной общей длительностью приводит к числам Фибоначчи: количество паттернов длительностью m единиц равно F m + 1 .

Знание последовательности Фибоначчи было выражено еще в Пингале ( около  450 г. до н.э. — 200 г. до н.э.). Сингх цитирует загадочную формулу Пингалы misrau cha («двое смешаны») и ученых, которые интерпретируют ее в контексте, как утверждая, что количество паттернов для m ударов ( F m +1 ) получается добавлением единицы [S] к F m. случаев и один [L] к F m −1 случаям.
Бхарата Муни также выражает знание последовательности в Натья Шастре (ок. 100 г. до н. Э. — ок. 350 г. н. Э.). Однако наиболее ясное изложение последовательности возникает в работе Вираханка (ок. 700 г. н.э.), чья собственная работа утеряна, но доступна в цитате Гопалы (ок. 1135 г.):

Вариации двух более ранних метров [это вариация] … Например, для [метра длины] четыре, вариации двух [и] трех метров, смешанные, случаются пять. [работает с примерами 8, 13, 21] … Таким образом, процесс должен соблюдаться во всех матра-вриттах [просодических комбинациях].

Хемачандре (ок. 1150 г.) также приписывают знание этой последовательности, он пишет, что «сумма последнего и того, что предшествует последнему, есть число … следующей матра-вритты».

Количество пар кроликов образует последовательность Фибоначчи

За пределами Индии, последовательность Фибоначчи впервые появляется в книге Liber Abaci ( Книга расчета , 1202) по Фибоначчи , где она используется для расчета роста популяции кроликов. Фибоначчи рассматривает рост идеализированной (биологически нереалистичной) популяции кроликов , предполагая, что: новорожденная племенная пара кроликов помещается в поле; каждая размножающаяся пара спаривается в возрасте одного месяца, и в конце второго месяца они всегда производят еще одну пару кроликов; а кролики никогда не умирают, но продолжают размножаться вечно. Фибоначчи поставил загадку: сколько пар будет через год?

  • В конце первого месяца они спариваются, но остается только 1 пара.
  • В конце второго месяца они производят новую пару, так что на поле осталось 2 пары.
  • В конце третьего месяца исходная пара производит вторую пару, но вторая пара спаривается только без размножения, так что всего получается 3 пары.
  • В конце четвертого месяца исходная пара произвела еще одну новую пару, а пара, родившаяся два месяца назад, также произвела свою первую пару, в результате чего получилось 5 пар.

В конце n- го месяца количество пар кроликов равно количеству половозрелых пар (то есть количеству пар в месяц n — 2 ) плюс количество пар, живущих в прошлом месяце (месяц n — 1). ). Число в n- м месяце — это n- е число Фибоначчи.

Название «последовательность Фибоначчи» было впервые использовано теоретиком чисел XIX века Эдуардом Лукасом .

Свойства последовательности

Первые 21 число Фибоначчи F n :

F 0 F 1 F 2 П 3 П 4 П 5 П 6 П 7 П 8 П 9 П 10 П 11 П 12 П 13 П 14 П 15 П 16 П 17 П 18 П 19 П 20
0 1 1 2 3 5 8 13 21 год 34 55 89 144 233 377 610 987 1597 2584 4181 6765

Последовательность также может быть расширена до отрицательного индекса n с помощью переупорядоченного рекуррентного отношения

{ Displaystyle F_ {n-2} = F_ {n} -F_ {n-1},}

что дает последовательность чисел «негафибоначчи», удовлетворяющих

{ displaystyle F _ {- n} = (- 1) ^ {n + 1} F_ {n}.}

Таким образом, двунаправленная последовательность

F −8 F −7 F −6 F −5 F −4 F −3 F −2 F −1 F 0 F 1 F 2 П 3 П 4 П 5 П 6 П 7 П 8
−21 13 −8 5 −3 2 −1 1 0 1 1 2 3 5 8 13 21 год

Отношение к золотому сечению

Выражение в закрытой форме

Как и любая последовательность, определяемая линейным повторением с постоянными коэффициентами , числа Фибоначчи имеют выражение в замкнутой форме . Она стала известна как формула Бине , названная в честь французского математика Жака Филиппа Мари Бине , хотя уже была известна Абрахаму де Муавру и Даниэлю Бернулли :

{ displaystyle F_ {n} = { frac { varphi ^ {n} -  psi ^ {n}} { varphi -  psi}} = { frac { varphi ^ {n} -  psi ^ { n}} { sqrt {5}}},}

куда

{ displaystyle  varphi = { frac {1 + { sqrt {5}}} {2}}  приблизительно 1.61803 , 39887  ldots}

это золотое сечение ( OEIS :  A001622 ), и

{ displaystyle  psi = { frac {1 - { sqrt {5}}} {2}} = 1-  varphi = - {1  over  varphi}  приблизительно -0.61803 , 39887  ldots.}

Поскольку эту формулу также можно записать как
{ displaystyle  psi = -  varphi ^ {- 1}}

{ displaystyle F_ {n} = { frac { varphi ^ {n} - (-  varphi) ^ {- n}} { sqrt {5}}} = { frac { varphi ^ {n} - (-  varphi) ^ {- n}} {2  varphi -1}}.}

Чтобы убедиться в этом, заметим, что оба φ и ψ являются решениями уравнений

{ displaystyle x ^ {2} = x + 1  quad { text {and}}  quad x ^ {n} = x ^ {n-1} + x ^ {n-2},}

поэтому степени φ и ψ удовлетворяют рекурсии Фибоначчи. Другими словами,

{ displaystyle  varphi ^ {n} =  varphi ^ {n-1} +  varphi ^ {n-2}}

а также

{ Displaystyle  psi ^ {n} =  psi ^ {n-1} +  psi ^ {n-2}.}

Отсюда следует, что для любых значений a и b последовательность, определяемая

{ displaystyle U_ {n} = a  varphi ^ {n} + b  psi ^ {n}}

удовлетворяет той же повторяемости.

{ Displaystyle U_ {n-1} + U_ {n-2} = a  varphi ^ {n-1} + b  psi ^ {n-1} + a  varphi ^ {n-2} + b  psi ^ {n-2} = a  varphi ^ {n-1} + a  varphi ^ {n-2} + b  psi ^ {n-1} + b  psi ^ {n-2} = U_ {n }}

Если a и b выбраны так, что U 0 = 0 и U 1 = 1, то результирующая последовательность U n должна быть последовательностью Фибоначчи. Это то же самое, что требовать, чтобы a и b удовлетворяли системе уравнений:

{ displaystyle  left  {{ begin {array} {l} a + b = 0 \ varphi a +  psi b = 1  end {array}}  right.}

который имеет решение

{ displaystyle a = { frac {1} { varphi -  psi}} = { frac {1} { sqrt {5}}},  quad b = -a,}

производство требуемой формулы.

Принимая начальные значения U 0 и U 1 за произвольные константы, более общее решение:

{ displaystyle U_ {n} = a  varphi ^ {n} + b  psi ^ {n}}

куда

{ displaystyle a = { frac {U_ {1} -U_ {0}  psi} { sqrt {5}}}}

{ displaystyle b = { frac {U_ {0}  varphi -U_ {1}} { sqrt {5}}}.}

Вычисление округлением

С

{ displaystyle  left | { frac { psi ^ {n}} { sqrt {5}}}  right | <{ frac {1} {2}}}

для всех n ≥ 0 число F n является ближайшим к . Следовательно, его можно найти округлением с использованием ближайшей целочисленной функции:
{ frac { varphi ^ {n}} { sqrt {5}}}

{ displaystyle F_ {n} =  left [{ frac { varphi ^ {n}} { sqrt {5}}}  right],  n  geq 0.}

Фактически, ошибка округления очень мала: менее 0,1 для n ≥ 4 и менее 0,01 для n ≥ 8 .

Числа Фибоначчи также могут быть вычислены путем усечения в терминах функции пола :

{ displaystyle F_ {n} =  left  lfloor { frac { varphi ^ {n}} { sqrt {5}}} + { frac {1} {2}}  right  rfloor,  n  geq 0.}

Поскольку минимальная функция является монотонной , последняя формула может быть инвертирована для нахождения индекса n ( F ) наибольшего числа Фибоначчи, не превышающего действительное число F > 1 :

{ Displaystyle п (F) =  left  lfloor  log _ { varphi}  left (F  cdot { sqrt {5}} + { frac {1} {2}}  right)  right  rfloor ,}

куда { displaystyle  log _ { varphi} (x) =  ln (x) /  ln ( varphi) =  log _ {10} (x) /  log _ {10} ( varphi).}

Предел последовательных частных

Иоганн Кеплер заметил, что соотношение последовательных чисел Фибоначчи сходится. Он написал, что «как 5 равно 8, так и 8 к 13 практически, а как 8 — к 13, так и 13 к 21 почти», и пришел к выводу, что эти отношения приближаются к золотому сечению.{ Displaystyle  varphi  двоеточие}

{ displaystyle  lim _ {n  to  infty} { frac {F_ {n + 1}} {F_ {n}}} =  varphi.}

Эта сходимость сохраняется независимо от начальных значений, исключая 0 и 0, или любой пары в сопряженном золотом сечении. Это можно проверить с помощью формулы Бине . Например, начальные значения 3 и 2 генерируют последовательность 3, 2, 5, 7, 12, 19, 31, 50, 81, 131, 212, 343, 555, … Соотношение последовательных членов в этой последовательности показывает такое же сближение с золотым сечением.
{ displaystyle -1 /  varphi.}

Последовательные мозаики плоскости и график приближений к золотому сечению, вычисляемому путем деления каждого числа Фибоначчи на предыдущее.

Разложение властей

Поскольку золотое сечение удовлетворяет уравнению

{ Displaystyle  varphi ^ {2} =  varphi +1,}

это выражение можно использовать для разложения более высоких степеней как линейной функции от более низких степеней, которая, в свою очередь, может быть полностью разложена до линейной комбинации и 1. Полученные рекуррентные соотношения дают числа Фибоначчи как линейные коэффициенты:
 varphi ^ {n} varphi

{ displaystyle  varphi ^ {n} = F_ {n}  varphi + F_ {n-1}.}

Это уравнение можно доказать индукцией по n .

Это выражение справедливо и для п <1 , если последовательность Фибоначчи F п будет продлен до отрицательных целых чисел , используя правило ФибоначчиF_ {n} = F_ {n-1} + F_ {n-2}.

Матричная форма

Двумерная система линейных разностных уравнений , описывающая последовательность Фибоначчи, имеет вид

{ displaystyle {F_ {k + 2}  choose F_ {k + 1}} = { begin {pmatrix} 1 & 1 \ 1 & 0  end {pmatrix}} {F_ {k + 1}  choose F_ {k}} }

альтернативно обозначается

{ displaystyle { vec {F}} _ {k + 1} =  mathbf {A} { vec {F}} _ {k},}

который дает . В собственных значениях матрицы А имеют и соответствующие соответствующие собственные векторы{ vec {F}} _ {n} =  mathbf {A} ^ {n} { vec {F}} _ {0}{ displaystyle  varphi = { frac {1} {2}} (1 + { sqrt {5}})}{ displaystyle -  varphi ^ {- 1} = { frac {1} {2}} (1 - { sqrt {5}})}

{ displaystyle { vec { mu}} = { varphi  choose 1}}

а также

{ displaystyle { vec { nu}} = {-  varphi ^ {- 1}  choose 1}.}

Поскольку начальное значение равно

{ displaystyle { vec {F}} _ {0} = {1  choose 0} = { frac {1} { sqrt {5}}} { vec { mu}} - { frac {1 } { sqrt {5}}} { vec { nu}},}

отсюда следует, что n- й член равен

{ displaystyle { begin {align} { vec {F}} _ {n} & = { frac {1} { sqrt {5}}} A ^ {n} { vec { mu}} - { frac {1} { sqrt {5}}} A ^ {n} { vec { nu}} \ & = { frac {1} { sqrt {5}}}  varphi ^ {n } { vec { mu}} - { frac {1} { sqrt {5}}} (-  varphi) ^ {- n} { vec { nu}} ~ \ & = { cfrac {1} { sqrt {5}}}  left ({ cfrac {1 + { sqrt {5}}} {2}}  right) ^ {n} { varphi  choose 1} - { cfrac {1} { sqrt {5}}}  left ({ cfrac {1 - { sqrt {5}}} {2}}  right) ^ {n} {-  varphi ^ {- 1}  выбрать 1},  end {выровненный}}}

Отсюда n- й элемент ряда Фибоначчи может быть прочитан непосредственно как выражение в замкнутой форме :

{ displaystyle F_ {n} = { cfrac {1} { sqrt {5}}}  left ({ cfrac {1 + { sqrt {5}}} {2}}  right) ^ {n} - { cfrac {1} { sqrt {5}}}  left ({ cfrac {1 - { sqrt {5}}} {2}}  right) ^ {n}.}

Эквивалентно, то же вычисление может выполняться с помощью диагонализации из А за счет использования ее eigendecomposition :

{ displaystyle { begin {align} A & = S  Lambda S ^ {- 1}, \ A ^ {n} & = S  Lambda ^ {n} S ^ {- 1},  end {align}} }

где и
Таким образом, выражение в замкнутой форме для n- го элемента ряда Фибоначчи имеет вид
 Lambda = { begin {pmatrix}  varphi & 0 \ 0 & -  varphi ^ {- 1}  end {pmatrix}}{ displaystyle S = { begin {pmatrix}  varphi & -  varphi ^ {- 1} \ 1 & 1  end {pmatrix}}.}

{ displaystyle { begin {align} {F_ {n + 1}  choose F_ {n}} & = A ^ {n} {F_ {1}  choose F_ {0}} \ & = S  Lambda ^ {n} S ^ {- 1} {F_ {1}  choose F_ {0}} \ & = S { begin {pmatrix}  varphi ^ {n} & 0 \ 0 & (-  varphi) ^ {- n}  end {pmatrix}} S ^ {- 1} {F_ {1}  choose F_ {0}} \ & = { begin {pmatrix}  varphi & -  varphi ^ {- 1} \ 1 & 1  end {pmatrix}} { begin {pmatrix}  varphi ^ {n} & 0 \ 0 & (-  varphi) ^ {- n}  end {pmatrix}} { frac {1} { sqrt {5} }} { begin {pmatrix} 1 &  varphi ^ {- 1} \ - 1 &  varphi  end {pmatrix}} {1  choose 0},  end {align}}}

что снова дает

{ displaystyle F_ {n} = { cfrac { varphi ^ {n} - (-  varphi) ^ {- n}} { sqrt {5}}}.}

Матрица A имеет определитель −1, и, следовательно, это унимодулярная матрица 2 × 2 .

Это свойство можно понять в терминах представления непрерывной дроби для золотого сечения:

{ displaystyle  varphi = 1 + { cfrac {1} {1 + { cfrac {1} {1 + { cfrac {1} {1+  ddots}}}}}}.}

Числа Фибоначчи возникают как отношение последовательных подходящих дробей непрерывной дроби для φ , а матрица, сформированная из последовательных подходящих дробей любой непрерывной дроби, имеет определитель +1 или -1. Матричное представление дает следующее выражение в замкнутой форме для чисел Фибоначчи:

{ displaystyle { begin {pmatrix} 1 & 1 \ 1 & 0  end {pmatrix}} ^ {n} = { begin {pmatrix} F_ {n + 1} & F_ {n} \ F_ {n} & F_ {n- 1}  end {pmatrix}}.}

Взяв определитель обеих частей этого уравнения, получаем тождество Кассини ,

{ displaystyle (-1) ^ {n} = F_ {n + 1} F_ {n-1} - {F_ {n}} ^ {2}.}

Более того, поскольку

A n A m = A n + m для любой квадратной матрицы A , следующие тождества могут быть выведены (они получены из двух разных коэффициентов матричного произведения, и можно легко вывести второй из первого с помощью заменяя n на n + 1 ),

{ displaystyle { begin {align} {F_ {m}} {F_ {n}} + {F_ {m-1}} {F_ {n-1}} & = F_ {m + n-1},   F_ {m} F_ {n + 1} + F_ {m-1} F_ {n} & = F_ {m + n}.  End {выравнивается}}}

В частности, при т = п ,

{ displaystyle { begin {array} {ll} F_ {2n-1} & = {F_ {n}} ^ {2} + {F_ {n-1}} ^ {2} \ F_ {2n} & = (F_ {n-1} + F_ {n + 1}) F_ {n} \ & = (2F_ {n-1} + F_ {n}) F_ {n} \ & = (2F_ {n + 1} -F_ {n}) F_ {n}.  End {array}}}

Эти последние два тождества обеспечивают способ рекурсивного вычисления чисел Фибоначчи за O (log ( n )) арифметических операций и за время O ( M ( n ) log ( n )) , где M ( n ) — время умножения двух числа из n цифр. Это совпадает со временем вычисления n- го числа Фибоначчи по формуле замкнутой матрицы, но с меньшим количеством избыточных шагов, если можно избежать пересчета уже вычисленного числа Фибоначчи (рекурсия с запоминанием ).

Идентификация

Может возникнуть вопрос, является ли целое положительное число x числом Фибоначчи. Это верно тогда и только тогда, когда хотя бы один из или является

точным квадратом . Это потому, что формулу Бине, приведенную выше, можно перестроить, чтобы получить
5x ^ {2} +45x ^ {2} -4

{ displaystyle n =  log _ { varphi}  left ({ frac {F_ {n} { sqrt {5}} + { sqrt {5 {F_ {n}} ^ {2}  pm 4}) }} {2}}  right),}

что позволяет найти позицию в последовательности заданного числа Фибоначчи.

Эта формула должна возвращать целое число для всех n , поэтому радикальное выражение должно быть целым числом (иначе логарифм не вернет даже рациональное число).

Комбинаторные тождества

Комбинаторные доказательства

Большинство тождеств, включающих числа Фибоначчи, можно доказать с помощью комбинаторных аргументов, используя тот факт, что можно интерпретировать как количество [возможно пустых] последовательностей единиц и двоек, сумма которых равна . Это можно принять как определение с соглашениями , означающее, что не существует такой последовательности, сумма которой равна −1, и , что означает, что пустая последовательность «складывается» до 0. Далее приводится

мощность набора:
F_ {n}п-1{ displaystyle F_ {n}}{ displaystyle F_ {0} = 0}{ displaystyle F_ {1} = 1}{ displaystyle | {...} |}

{ Displaystyle F_ {0} = 0 = |  {} |}
{ Displaystyle F_ {1} = 1 = |  { {} } |}
{ Displaystyle F_ {2} = 1 = |  { {1 } } |}
{ Displaystyle F_ {3} = 2 = |  { {1,1 },  {2 } } |}
{ Displaystyle F_ {4} = 3 = |  { {1,1,1 },  {1,2 },  {2,1 } } |}
{ Displaystyle F_ {5} = 5 = |  { {1,1,1,1 },  {1,1,2 },  {1,2,1 },  {2,1 , 1 },  {2,2 } } |}

Таким образом, рекуррентное соотношение

{ Displaystyle F_ {n} = F_ {n-1} + F_ {n-2}}

можно понять, разделив последовательности на два неперекрывающихся набора, где все последовательности либо начинаются с 1, либо с 2:
{ displaystyle F_ {n}}

{ Displaystyle F_ {п} = |  { {1, ... },  {1, ... }, ... } | + |  { {2, ... } ,  {2, ... }, ... } |}

За исключением первого элемента, сумма оставшихся членов в каждой последовательности равна или, а мощность каждого набора равна или дает общее количество последовательностей, показывая, что это равно .
п-2п-3{ displaystyle F_ {n-1}}{ displaystyle F_ {n-2}}{ Displaystyle F_ {n-1} + F_ {n-2}}{ displaystyle F_ {n}}

Аналогичным образом можно показать, что сумма первых чисел Фибоначчи до n- го равна ( n + 2) -м числу Фибоначчи минус 1. В символах:

{ Displaystyle  сумма _ {я = 1} ^ {п} F_ {я} = F_ {п + 2} -1}

Это можно увидеть, разделив все последовательности, суммируя до, на основе местоположения первых 2. В частности, каждый набор состоит из тех последовательностей, которые начинаются до последних двух наборов, каждая с мощностью 1.
п + 1{ Displaystyle  {2, ... },  {1,2, ... }, ...,}{ Displaystyle  { {1,1, ..., 1,2 } },  { {1,1, ..., 1 } }}

Следуя той же логике, что и раньше, суммируя мощности каждого набора, мы видим, что

{ Displaystyle F_ {n + 2} = F_ {n} + F_ {n-1} + ... + |  { {1,1, ..., 1,2 } } | + |  { {1,1, ..., 1 } } |}

… где последние два члена имеют значение . Из этого следует, что .
{ displaystyle F_ {1} = 1} sum _ {{i = 1}} ^ {n} F_ {i} = F _ {{n + 2}} - 1

Аналогичный аргумент, группировка сумм по положению первой 1, а не первых 2, дает еще два тождества:

{ Displaystyle  сумма _ {я = 0} ^ {п-1} F_ {2i + 1} = F_ {2n}}

а также

{ displaystyle  sum _ {i = 1} ^ {n} F_ {2i} = F_ {2n + 1} -1.}

Проще говоря, сумма первых чисел Фибоначчи с нечетным индексом до является (2 n ) -м числом Фибоначчи, а сумма первых чисел Фибоначчи с четным индексом до является (2 n  + 1) -м числом Фибоначчи минус 1.
{ displaystyle F_ {2n-1}}{ displaystyle F_ {2n}}

Другой трюк может быть использован, чтобы доказать

{ displaystyle  sum _ {я = 1} ^ {n} {F_ {i}} ^ {2} = F_ {n} F_ {n + 1}}

или, говоря словами, сумма квадратов первых чисел Фибоначчи до является произведением n- го и ( n  + 1) -го чисел Фибоначчи. Чтобы увидеть это, начните с прямоугольника Фибоначчи и разложите его на квадраты размера ; из этого тождество следует из сравнения областей:

{ displaystyle F_ {n}}{ Displaystyle F_ {п}  раз F_ {п + 1}}{ displaystyle F_ {n}, F_ {n-1}, ..., F_ {1}}

34 * 21-FibonacciBlocks.png

Символический метод

Последовательность также рассматривается с использованием

символьного метода . Точнее, эта последовательность соответствует определяемому комбинаторному классу . Спецификация этой последовательности . В самом деле, как указано выше, -е число Фибоначчи равно количеству комбинаторных композиций (упорядоченных разбиений ) с использованием членов 1 и 2.
{ Displaystyle (F_ {п}) _ {п  in  mathbb {N}}}{ Displaystyle  OperatorName {Seq} ({ mathcal {Z + Z ^ {2}}})}пп-1

Отсюда следует, что обычная производящая функция последовательности Фибоначчи, т.е. является комплексной функцией .
{ Displaystyle  сумма _ {я = 0} ^ { infty} F_ {я} г ^ {я}}{ displaystyle { frac {z} {1-zz ^ {2}}}}

Доказательства индукции

Тождества Фибоначчи часто можно легко доказать с помощью математической индукции .

Например, пересмотреть

{ displaystyle  sum _ {i = 1} ^ {n} F_ {i} = F_ {n + 2} -1.}

Добавление к обеим сторонам дает

{ displaystyle F_ {n + 1}}

{ displaystyle  sum _ {i = 1} ^ {n} F_ {i} + F_ {n + 1} = F_ {n + 1} + F_ {n + 2} -1}

и поэтому у нас есть формула для п + 1

{ Displaystyle  сумма _ {я = 1} ^ {n + 1} F_ {i} = F_ {n + 3} -1}

Аналогичным образом добавьте к обеим сторонам
{ Displaystyle F_ {п + 1} ^ {2}}

{ displaystyle  sum _ {я = 1} ^ {n} {F_ {i}} ^ {2} = F_ {n} F_ {n + 1}}

дать

{ displaystyle  sum _ {i = 1} ^ {n} {F_ {i}} ^ {2} + F_ {n + 1} ^ {2} = F_ {n + 1}  left (F_ {n} + F_ {n + 1}  вправо)}

{ displaystyle  sum _ {я = 1} ^ {n + 1} {F_ {i}} ^ {2} = F_ {n + 1} F_ {n + 2}}

Доказательства формулы Бине

Формула Бине:

{ displaystyle { sqrt {5}} F_ {n} =  varphi ^ {n} -  psi ^ {n}.}

Это можно использовать для доказательства тождеств Фибоначчи.

Например, чтобы доказать это,
обратите внимание, что левая часть, умноженная на, становится
{ textstyle  sum _ {я = 1} ^ {n} F_ {i} = F_ {n + 2} -1}{ displaystyle { sqrt {5}}}

{ displaystyle { begin {align} 1 + &  varphi +  varphi ^ {2} +  dots +  varphi ^ {n} -  left (1+  psi +  psi ^ {2} +  dots +  psi ^ {n}  right) \ & = { frac { varphi ^ {n + 1} -1} { varphi -1}} - { frac { psi ^ {n + 1} -1 } { psi -1}} \ & = { frac { varphi ^ {n + 1} -1} {-  psi}} - { frac { psi ^ {n + 1} -1} { -  varphi}} \ & = { frac {-  varphi ^ {n + 2} +  varphi +  psi ^ {n + 2} -  psi} { varphi  psi}} \ & =  varphi ^ {n + 2} -  psi ^ {n + 2} - ( varphi -  psi) \ & = { sqrt {5}} (F_ {n + 2} -1) \ end { выровнено}}}

по мере необходимости, используя факты и упрощая уравнения.

{ textstyle  varphi  psi = -1}{ textstyle  varphi -  psi = { sqrt {5}}}

Другие личности

Многие другие идентичности могут быть получены с использованием различных методов. Вот некоторые из них:

Личности Кассини и Каталонии

Личность Кассини утверждает, что

{ Displaystyle {F_ {n}} ^ {2} -F_ {n + 1} F_ {n-1} = (- 1) ^ {n-1}}

Каталонская идентичность — это обобщение:

{ displaystyle {F_ {n}} ^ {2} -F_ {n + r} F_ {nr} = (- 1) ^ {nr} F_ {r} ^ {2}}

личность д’Окань

{ Displaystyle F_ {m} F_ {n + 1} -F_ {m + 1} F_ {n} = (- 1) ^ {n} F_ {mn}}

{ displaystyle F_ {2n} = {F_ {n + 1}} ^ {2} - {F_ {n-1}} ^ {2} = F_ {n}  left (F_ {n + 1} + F_ { n-1}  right) = F_ {n} L_ {n}}

где L nn- е число Лукаса . Последний — это тождество для удвоения n ; другие идентичности этого типа

{ displaystyle F_ {3n} = 2 {F_ {n} ^ {3}} + 3F_ {n} F_ {n + 1} F_ {n-1} = 5 {F_ {n}} ^ {3} +3 (-1) ^ {n} F_ {n}}

личность Кассини.

{ Displaystyle F_ {3n + 1} = F_ {n + 1} ^ {3} + 3F_ {n + 1} {F_ {n}} ^ {2} -F_ {n} ^ {3}}

{ Displaystyle F_ {3n + 2} = F_ {n + 1} ^ {3} + 3F_ {n + 1} ^ {2} F_ {n} + {F_ {n}} ^ {3}}

{ displaystyle F_ {4n} = 4F_ {n} F_ {n + 1}  left ({F_ {n + 1}} ^ {2} +2 {F_ {n}} ^ {2}  right) -3 {F_ {n}} ^ {2}  left ({F_ {n}} ^ {2} +2 {F_ {n + 1}} ^ {2}  right)}

Их можно найти экспериментально, используя редукцию решетки , и они полезны при настройке сита специального числового поля для факторизации числа Фибоначчи.

В более общем смысле,

{ displaystyle F_ {kn + c} =  sum _ {i = 0} ^ {k} {k  choose i} F_ {ci} F_ {n} ^ {i} F_ {n + 1} ^ {ki} .}

или альтернативно

{ displaystyle F_ {kn + c} =  sum _ {i = 0} ^ {k} {k  choose i} F_ {c + i} F_ {n} ^ {i} F_ {n-1} ^ { ки}.}

Положив k = 2 в эту формулу, мы снова получим формулы из конца вышеприведенного раздела Матричная форма .

Производящая функция

Производящая функция последовательности Фибоначчи является степенным рядом

{ displaystyle s (x) =  sum _ {k = 0} ^ { infty} F_ {k} x ^ {k} =  sum _ {k = 1} ^ { infty} F_ {k} x ^ {k} = 0 + x + x ^ {2} + 2x ^ {3} + 3x ^ {4} +  точки.}

Этот ряд сходится при, а его сумма имеет простой замкнутый вид:
| x | <{ frac {1} { varphi}},

{ displaystyle s (x) = { frac {x} {1-xx ^ {2}}}}

Это можно доказать, используя повторение Фибоначчи для разложения каждого коэффициента в бесконечную сумму:

{ displaystyle { begin {align} s (x) & =  sum _ {k = 0} ^ { infty} F_ {k} x ^ {k} \ & = F_ {0} + F_ {1} x +  sum _ {k = 2} ^ { infty} F_ {k} x ^ {k} \ & = F_ {0} + F_ {1} x +  sum _ {k = 2} ^ { infty}  left (F_ {k-1} + F_ {k-2}  right) x ^ {k} \ & = x +  sum _ {k = 2} ^ { infty} F_ {k-1} x ^ {k} +  sum _ {k = 2} ^ { infty} F_ {k-2} x ^ {k} \ & = x + x  sum _ {k = 2} ^ { infty} F_ { k-1} x ^ {k-1} + x ^ {2}  sum _ {k = 2} ^ { infty} F_ {k-2} x ^ {k-2} \ & = x + x  sum _ {k = 1} ^ { infty} F_ {k} x ^ {k} + x ^ {2}  sum _ {k = 0} ^ { infty} F_ {k} x ^ {k} \ & = x + xs (x) + x ^ {2} s (x).  end {align}}}

Решение уравнения

{ Displaystyle s (x) = x + xs (x) + x ^ {2} s (x)}

для s ( x ) приводит к закрытому виду.

{ displaystyle -s (- { frac {1} {x}})}дает производящую функцию для чисел Негафибоначчи и удовлетворяет

функциональному уравнениюs (x)

{ displaystyle s (x) = s (- { frac {1} {x}}).}

Разложение частичной фракции задается

{ displaystyle s (x) = { frac {1} { sqrt {5}}}  left ({ frac {1} {1-  varphi x}} - { frac {1} {1-  psi x}}  right)}

где — золотое сечение, а — его сопряжение.

 varphi = { frac {1 + { sqrt {5}}} {2}}{ displaystyle  psi = { frac {1 - { sqrt {5}}} {2}}}

Взаимные суммы

Бесконечные суммы по обратным числам Фибоначчи иногда можно оценить с помощью тета-функций . Например, мы можем записать сумму каждого нечетного обратного числа Фибоначчи как

{ displaystyle  sum _ {k = 1} ^ { infty} { frac {1} {F_ {2k-1}}} = { frac { sqrt {5}} {4}} ; ,  vartheta _ {2} !  left (0, { frac {3 - { sqrt {5}}} {2}}  right) ^ {2},}

и сумма квадратов обратных чисел Фибоначчи как

{ displaystyle  sum _ {k = 1} ^ { infty} { frac {1} {{F_ {k}} ^ {2}}} = { frac {5} {24}}  left ( vartheta _ {2} !  left (0, { frac {3 - { sqrt {5}}} {2}}  right) ^ {4} -  vartheta _ {4} !  left (0 , { frac {3 - { sqrt {5}}} {2}}  right) ^ {4} +1  right).}

Если мы добавим 1 к каждому числу Фибоначчи в первой сумме, получится также закрытая форма

{ displaystyle  sum _ {k = 1} ^ { infty} { frac {1} {1 + F_ {2k-1}}} = { frac { sqrt {5}} {2}},}

и есть вложенная сумма квадратов чисел Фибоначчи, дающих обратную величину золотому сечению ,

{ displaystyle  sum _ {k = 1} ^ { infty} { frac {(-1) ^ {k + 1}} { sum _ {j = 1} ^ {k} {F_ {j}} ^ {2}}} = { frac {{ sqrt {5}} - 1} {2}}.}

Сумма всех взаимно проиндексированных обратных чисел Фибоначчи равна

{ displaystyle  sum _ {k = 1} ^ { infty} { frac {1} {F_ {2k}}} = { sqrt {5}}  left (L { bigl (}  psi ^ { 2} { bigr)} - L { bigl (}  psi ^ {4} { bigr)}  right)}

с рядом Ламберта,     так как   { displaystyle  textstyle L (q): =  sum _ {k = 1} ^ { infty} { frac {q ^ {k}} {1-q ^ {k}}},}{ displaystyle  textstyle { frac {1} {F_ {2k}}} = { sqrt {5}}  left ({ frac { psi ^ {2k}} {1-  psi ^ {2k}} } - { frac { psi ^ {4k}} {1-  psi ^ {4k}}}  right).}

Таким образом, обратная константа Фибоначчи равна

{ displaystyle  sum _ {k = 1} ^ { infty} { frac {1} {F_ {k}}} =  sum _ {k = 1} ^ { infty} { frac {1} { F_ {2k-1}}} +  sum _ {k = 1} ^ { infty} { frac {1} {F_ {2k}}} = 3.359885666243  dots}

Кроме того, это число было доказано иррациональным путем Ричард Андре-Jeannin .

Серия Millin придает индивидуальность

{ displaystyle  sum _ {k = 0} ^ { infty} { frac {1} {F_ {2 ^ {k}}}} = { frac {7 - { sqrt {5}}} {2 }},}

которое следует из замкнутой формы его частичных сумм при стремлении N к бесконечности:

{ displaystyle  sum _ {k = 0} ^ {N} { frac {1} {F_ {2 ^ {k}}}} = 3 - { frac {F_ {2 ^ {N} -1}} {F_ {2 ^ {N}}}}.}

Простые числа и делимость

Свойства делимости

Каждое третье число в последовательности четное и, в более общем смысле, каждое k- е число последовательности кратно F k . Таким образом, последовательность Фибоначчи является примером последовательности делимости . Фактически, последовательность Фибоначчи удовлетворяет более сильному свойству делимости

{ displaystyle  gcd (F_ {m}, F_ {n}) = F _ { gcd (m, n)}.}

Любые три последовательных чисел Фибоначчи попарно взаимно просты , а это означает , что для любого п ,

НОД ( F n , F n +1 ) = НОД ( F n , F n +2 ) = НОД ( F n +1 , F n +2 ) = 1.

Каждое простое число p делит число Фибоначчи, которое может быть определено значением p по модулю 5. Если p сравнимо с 1 или 4 (по модулю 5), то p делит F p  — 1 , и если p сравнимо с 2 или 3 (mod 5), тогда p делит F p  + 1 . В оставшемся случае p  = 5, и в этом случае p делит F p .

{ displaystyle { begin {cases} p = 5 &  Rightarrow p  mid F_ {p}, \ p  Equiv  pm 1 { pmod {5}} &  Rightarrow p  mid F_ {p-1}, \ p  Equiv  pm 2 { pmod {5}} &  Rightarrow p  mid F_ {p + 1}.  end {case}}}

Эти случаи можно объединить в единую, не кусочную формулу, используя символ Лежандра :

{ displaystyle p  mid F_ {p-  left ({ frac {5} {p}}  right)}.}

Проверка на первичность

Вышеупомянутая формула может использоваться как критерий простоты в том смысле, что если

{ displaystyle n  mid F_ {n-  left ({ frac {5} {n}}  right)},}

где символ Лежандра был заменен символом Якоби , это свидетельствует о том, что n является простым числом, а если оно не выполняется, то n определенно не является простым числом. Если n составное и удовлетворяет формуле, то n является псевдопервичным числом Фибоначчи . Когда m велико — скажем, 500-битное число — мы можем эффективно вычислить F m (mod n ), используя матричную форму. Таким образом

{ displaystyle { begin {pmatrix} F_ {m + 1} & F_ {m} \ F_ {m} & F_ {m-1}  end {pmatrix}}  Equiv { begin {pmatrix} 1 & 1 \ 1 & 0  конец {pmatrix}} ^ {m} { pmod {n}}.}

Здесь мощность матрицы A m вычисляется с использованием модульного возведения в степень , которое может быть адаптировано к матрицам .

Простые числа Фибоначчи

Фибоначчи премьер является числом Фибоначчи , который является премьер . Первые несколько:

2, 3, 5, 13, 89, 233, 1597, 28657, 514229, … OEIS :  A005478 .

Были найдены простые числа Фибоначчи с тысячами цифр, но неизвестно, бесконечно ли их много.

F kn делится на F n , поэтому, кроме F 4 = 3, любое простое число Фибоначчи должно иметь простой индекс. Поскольку существуют произвольно длинные серии составных чисел , следовательно, существуют также произвольно длинные серии составных чисел Фибоначчи.

Никакое число Фибоначчи больше F 6 = 8 не на единицу больше или меньше простого числа.

Единственное нетривиальное квадратное число Фибоначчи — 144. Аттила Пету доказал в 2001 году, что существует только конечное число чисел Фибоначчи полной мощности. В 2006 г. Ю. Бюжо, М. Миньотт и С. Сиксек доказали, что числа 8 и 144 являются единственными такими нетривиальными совершенными степенями.

1, 3, 21, 55 — единственные треугольные числа Фибоначчи, которые были предположены Верном Хоггаттом и доказаны Ло Мином.

Никакое число Фибоначчи не может быть идеальным числом . В более общем смысле, никакое число Фибоначчи, кроме 1, не может быть совершенным по умножению , и никакое соотношение двух чисел Фибоначчи не может быть идеальным.

Простые делители

За исключением 1, 8 и 144 ( F 1 = F 2 , F 6 и F 12 ) каждое число Фибоначчи имеет простой множитель, который не является множителем какого-либо меньшего числа Фибоначчи ( теорема Кармайкла ). В результате 8 и 144 ( F 6 и F 12 ) — единственные числа Фибоначчи, которые являются произведением других чисел Фибоначчи OEIS :  A235383 .

Делимость чисел Фибоначчи на простое число p связана с символом Лежандра, который оценивается следующим образом:
 left ({ tfrac {p} {5}}  right)

{ displaystyle  left ({ frac {p} {5}}  right) = { begin {cases} 0 & { text {if}} p = 5 \ 1 & { text {if}} p  Equiv  pm 1 { pmod {5}} \ - 1 & { text {if}} p  Equiv  pm 2 { pmod {5}}.  end {case}}}

Если p — простое число, то

{ Displaystyle F_ {p}  Equiv  left ({ frac {p} {5}}  right) { pmod {p}}  quad { text {and}}  quad F_ {p-  left ( { frac {p} {5}}  right)}  Equiv 0 { pmod {p}}.}

Например,

{ displaystyle { begin {align} ({ tfrac {2} {5}}) & = - 1, & F_ {3} & = 2, & F_ {2} & = 1, \ ({ tfrac {3 } {5}}) & = - 1, & F_ {4} & = 3, & F_ {3} & = 2, \ ({ tfrac {5} {5}}) & = 0, & F_ {5} & = 5, \ ({ tfrac {7} {5}}) & = - 1, & F_ {8} & = 21, & F_ {7} & = 13, \ ({ tfrac {11} {5} }) & = + 1, & F_ {10} & = 55, & F_ {11} & = 89.  end {align}}}

Неизвестно, существует ли простое число p такое, что

{ displaystyle F_ {p-  left ({ frac {p} {5}}  right)}  Equiv 0 { pmod {p ^ {2}}}.}

Такие простые числа (если таковые имеются) назовем простыми числами Стены – Солнца – Солнца .

Кроме того, если p ≠ 5 — нечетное простое число, то:

{ displaystyle 5F _ { frac {p  pm 1} {2}} ^ {2}  Equiv { begin {cases} { tfrac {1} {2}}  left (5  left ({ frac { p} {5}}  right)  pm 5  right) { pmod {p}} & { text {if}} p  equ 1 { pmod {4}} \ { tfrac {1} { 2}}  left (5  left ({ frac {p} {5}}  right)  mp 3  right) { pmod {p}} & { text {if}} p  Equiv 3 { pmod {4}}.  end {case}}}

Пример 1. p = 7, в этом случае p ≡ 3 (mod 4) и имеем:

{ displaystyle ({ tfrac {7} {5}}) = - 1:  qquad { tfrac {1} {2}}  left (5 ({ tfrac {7} {5}}) + 3  right) = - 1,  quad { tfrac {1} {2}}  left (5 ({ tfrac {7} {5}}) - 3  right) = - 4.}

{ displaystyle F_ {3} = 2 { text {и}} F_ {4} = 3.}

{ displaystyle 5F_ {3} ^ {2} = 20  Equiv -1 { pmod {7}} ; ; { text {and}} ; ; 5F_ {4} ^ {2} = 45  экв -4 { pmod {7}}}

Пример 2. p = 11, в этом случае p ≡ 3 (mod 4) и имеем:

{ displaystyle ({ tfrac {11} {5}}) = + 1:  qquad { tfrac {1} {2}}  left (5 ({ tfrac {11} {5}}) + 3  right) = 4,  quad { tfrac {1} {2}}  left (5 ({ tfrac {11} {5}}) - 3  right) = 1.}

{ displaystyle F_ {5} = 5 { text {и}} F_ {6} = 8.}

{ Displaystyle 5F_ {5} ^ {2} = 125  эквив 4 { pmod {11}} ; ; { text {и}} ; ; 5F_ {6} ^ {2} = 320  эквив 1 { pmod {11}}}

Пример 3. p = 13, в этом случае p ≡ 1 (mod 4) и имеем:

{ displaystyle ({ tfrac {13} {5}}) = - 1:  qquad { tfrac {1} {2}}  left (5 ({ tfrac {13} {5}}) - 5  right) = - 5,  quad { tfrac {1} {2}}  left (5 ({ tfrac {13} {5}}) + 5  right) = 0.}

{ displaystyle F_ {6} = 8 { text {и}} F_ {7} = 13.}

{ displaystyle 5F_ {6} ^ {2} = 320  Equiv -5 { pmod {13}} ; ; { text {and}} ; ; 5F_ {7} ^ {2} = 845  эквивалент 0 { pmod {13}}}

Пример 4. p = 29, в этом случае p ≡ 1 (mod 4) и имеем:

{ displaystyle ({ tfrac {29} {5}}) = + 1:  qquad { tfrac {1} {2}}  left (5 ({ tfrac {29} {5}}) - 5  right) = 0,  quad { tfrac {1} {2}}  left (5 ({ tfrac {29} {5}}) + 5  right) = 5.}

{ displaystyle F_ {14} = 377 { text {и}} F_ {15} = 610.}

{ Displaystyle 5F_ {14} ^ {2} = 710645  Equiv 0 { pmod {29}} ; ; { text {and}} ; ; 5F_ {15} ^ {2} = 1860500  эквив. 5 { pmod {29}}}

Для нечетных n все нечетные простые делители F n сравнимы с 1 по модулю 4, что означает, что все нечетные делители F n (как произведения нечетных простых делителей) сравнимы с 1 по модулю 4.

Например,

{ displaystyle F_ {1} = 1, F_ {3} = 2, F_ {5} = 5, F_ {7} = 13, F_ {9} = 34 = 2  cdot 17, F_ {11} = 89, F_ {13} = 233, F_ {15} = 610 = 2  cdot 5  cdot 61.}

Все известные множители чисел Фибоначчи F ( i ) для всех i <50000 собираются в соответствующих репозиториях.

Периодичность по модулю n

Если члены последовательности Фибоначчи взяты по модулю  n , результирующая последовательность будет периодической с периодом не более  6n . Длительности периодов для различных n образуют так называемые периоды Пизано OEIS :  A001175 . Определение общей формулы для периодов PISANO является открытой проблемой, которая включает в себя в качестве подзадачи специального экземпляра задачи о нахождении мультипликативного порядка в виде модульного целого числа или элемента в конечном поле . Однако для любого конкретного n период Пизано может быть найден как пример обнаружения цикла .

Величина

Так как Р п является асимптотической , чтобы число цифр в F п является асимптотической . Как следствие, для каждого целого числа d > 1 существует 4 или 5 чисел Фибоначчи с d десятичными знаками.
 varphi ^ {n} / { sqrt {5}}{ Displaystyle п  журнал _ {10}  varphi  приблизительно 0,2090 , п}

В более общем смысле, в представлении с основанием b количество цифр в F n асимптотически равно{ displaystyle n  log _ {b}  varphi.}

Обобщения

Последовательность Фибоначчи — одна из простейших и самых ранних известных последовательностей, определяемых рекуррентным соотношением , в частности линейным разностным уравнением . Все эти последовательности можно рассматривать как обобщения последовательности Фибоначчи. В частности, формула Бине может быть обобщена на любую последовательность, которая является решением однородного линейного разностного уравнения с постоянными коэффициентами.

Некоторые конкретные примеры, которые в некотором смысле близки к последовательности Фибоначчи, включают:

  • Обобщение индекса до отрицательных целых чисел для получения чисел Негафибоначчи .
  • Обобщение индекса на действительные числа с использованием модификации формулы Бине.
  • Начиная с других целых чисел. Числа Люка имеют L 1 = 1, L 2 = 3 и L n = L n −1 + L n −2 . Последовательности без простых чисел используют рекурсию Фибоначчи с другими начальными точками для генерации последовательностей, в которых все числа являются составными .
  • Допустим, что число является линейной функцией (кроме суммы) двух предыдущих чисел. В числе Pell есть P п = 2 Р п — 1 + Р п — 2 . Если коэффициенту предыдущего значения присваивается значение переменной x , результатом является последовательность полиномов Фибоначчи .
  • Не складывать непосредственно предшествующие числа. Последовательность Падована и числа Перрина имеют P ( n ) = P ( n — 2) + P ( n — 3).
  • Создание следующего числа путем добавления 3 чисел (числа трибоначчи), 4 чисел (числа тетраначчи) или более. Результирующие последовательности известны как n-ступенчатые числа Фибоначчи .

Приложения

Математика

Числа Фибоначчи складываются из суммы «мелких» диагоналей в треугольнике Паскаля (см. Биномиальный коэффициент ):

Производящую функцию можно разложить до

{ displaystyle { frac {x} {1-xx ^ {2}}} = x + x ^ {2} (1 + x) + x ^ {3} (1 + x) ^ {2} +  точки + x ^ {k + 1} (1 + x) ^ {k} +  dots =  sum  limits _ {n = 0} ^ { infty} F_ {n} x ^ {n}}

и собирая подобные термины , у нас есть личность
х ^ {п}

{ displaystyle F_ {n} =  sum _ {k = 0} ^ { left  lfloor { frac {n-1} {2}}  right  rfloor} { binom {nk-1} {k} }.}

Чтобы увидеть, как используется формула, мы можем расположить суммы по количеству присутствующих членов:

5 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1
= 2 + 1 + 1 + 1 = 1 + 2 + 1 + 1 = 1 + 1 + 2 + 1 = 1 + 1 + 1 + 2
= 2 + 2 + 1 = 2 + 1 + 2 = 1 + 2 + 2

то есть , где мы выбираем позиции k двоек из nk-1 членов.
{ displaystyle { binom {5} {0}} + { binom {4} {1}} + { binom {3} {2}}}

Использование последовательности Фибоначчи для подсчета {1, 2} -ограниченных композиций

Эти числа также дают решение некоторых задач перечисления, наиболее распространенной из которых является подсчет количества способов записать данное число n в виде упорядоченной суммы единиц и двоек (называемых композициями ); есть F n +1 способов сделать это (эквивалентно, это также количество мозаик домино в прямоугольнике). Например, есть F 5 + 1 = F 6 = 8 способов подняться по лестнице из 5 ступеней, делая одну или две ступеньки за раз:
2  раз п

5 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 = 2 + 1 + 1 + 1 = 1 + 2 + 1 + 1 = 1 + 1 + 2 + 1 = 2 + 2 + 1
= 1 + 1 + 1 + 2 = 2 + 1 + 2 = 1 + 2 + 2

На рисунке показано, что 8 можно разложить на 5 (количество способов подъема 4 ступени, за которыми следует одноступенчатый) плюс 3 (количество способов подъема на 3 ступени, за которыми следует двойной шаг). Те же рассуждения применяются рекурсивно до единственной ступени, из которой есть только один способ подняться.

Числа Фибоначчи можно найти разными способами среди набора двоичных строк или, что эквивалентно, среди подмножеств данного набора.

  • Количество двоичных строк длины n без последовательных 1 с — это число Фибоначчи F n +2 . Например, из 16 двоичных строк длиной 4 F 6 = 8 без последовательных 1 с — это 0000, 0001, 0010, 0100, 0101, 1000, 1001 и 1010. Эквивалентно F n +2 равно количество подмножеств Sиз {1, …, n } без последовательных целых чисел, то есть тех S, для которых { i , i + 1} ⊈ S для каждого i . Биекция с суммами до п + 1 , чтобы заменить 1 с 0 и 2 с 10 , а падение последний ноль.
  • Количество двоичных строк длины n без нечетного количества последовательных 1 s — это число Фибоначчи F n + 1 . Например, из 16 двоичных строк длиной 4 F 5 = 5 без нечетного количества последовательных 1 с — это 0000, 0011, 0110, 1100, 1111. Эквивалентно количество подмножеств S из {1 , …, n } без нечетного числа последовательных целых чисел — это F n +1 . Сопоставление сумм с n означает замену 1 на 0 и 2 на 11 .
  • Количество двоичных строк длины n без четного числа последовательных 0 или 1 с — это 2 F n . Например, из 16 двоичных строк длиной 4 есть 2 F 4 = 6 без четного числа последовательных 0 или 1 с — это 0001, 0111, 0101, 1000, 1010, 1110. Существует эквивалент заявление о подмножествах.
  • Юрий Матиясевич смог показать, что числа Фибоначчи могут быть определены диофантовым уравнением , что привело к его решению десятой проблемы Гильберта .
  • Числа Фибоначчи также являются примером полной последовательности . Это означает, что каждое положительное целое число можно записать как сумму чисел Фибоначчи, где любое одно число используется не более одного раза.
  • Более того, каждое положительное целое число может быть записано уникальным образом как сумма одного или нескольких различных чисел Фибоначчи таким образом, чтобы сумма не включала любые два последовательных числа Фибоначчи. Это известно как теорема Цекендорфа , а сумма чисел Фибоначчи, удовлетворяющая этим условиям, называется представлением Цекендорфа. Представление числа Цекендорфа можно использовать для получения его кодировки Фибоначчи .
  • Начиная с 5, каждое второе число Фибоначчи — это длина гипотенузы прямоугольного треугольника с целыми сторонами, или, другими словами, наибольшее число в тройке Пифагора , полученное по формуле

    { displaystyle (F_ {n} F_ {n + 3}) ^ {2} + (2F_ {n + 1} F_ {n + 2}) ^ {2} = {F_ {2n + 3}} ^ {2 }.}

    Последовательность треугольников Пифагора, полученная по этой формуле, имеет стороны длин (3,4,5), (5,12,13), (16,30,34), (39,80,89), … Сторона каждого из этих треугольников равна сумме трех сторон предыдущего треугольника.

  • Куба Фибоначчи представляет собой неориентированный граф с числом Фибоначчи узлов , который был предложен в качестве сетевой топологии для параллельных вычислений .
  • Числа Фибоначчи появляются в лемме о кольце , используемой для доказательства связи между теоремой об упаковке кругов и конформными отображениями .

Информатика

Дерево Фибоначчи высоты 6. Коэффициенты баланса зеленый; высот красный.
Ключи в левом корешке — это числа Фибоначчи.

  • Числа Фибоначчи важны в вычислительном анализе во время выполнения алгоритма Евклида для определения наибольшего общего делителя двух целых чисел: наихудший случай входных данных для этого алгоритма — пара последовательных чисел Фибоначчи.
  • Числа Фибоначчи используются в многофазной версии алгоритма сортировки слиянием , в которой несортированный список делится на два списка, длина которых соответствует последовательным числам Фибоначчи, путем деления списка таким образом, чтобы две части имели длину в приблизительной пропорции φ . Реализация многофазной сортировки слиянием на магнитной ленте была описана в The Art of Computer Programming .
  • Дерево Фибоначчи — это бинарное дерево , дочерние деревья которого (рекурсивно) отличаются по высоте ровно на 1. Таким образом, это дерево AVL , а дерево с наименьшим количеством узлов для данной высоты — «самое тонкое» дерево AVL. Эти деревья имеют число вершин, равное числу Фибоначчи минус один, что является важным фактом при анализе деревьев AVL.
  • Числа Фибоначчи используются некоторыми генераторами псевдослучайных чисел .
  • Числа Фибоначчи возникают при анализе структуры данных кучи Фибоначчи .
  • Метод одномерной оптимизации, называемый методом поиска Фибоначчи , использует числа Фибоначчи.
  • Ряд чисел Фибоначчи используется для дополнительного сжатия с потерями в формате аудиофайлов IFF 8SVX , используемом на компьютерах Amiga . Числовой ряд дополняет исходную звуковую волну аналогично логарифмическим методам, таким как μ-закон .
  • Они также используются при планировании покера , который является этапом оценки в проектах разработки программного обеспечения, использующих методологию Scrum .

Природа

Желтая головка ромашки, показывающая расположение в 21 (синяя) и 13 (бирюзовая) спирали. Такие схемы, включающие последовательные числа Фибоначчи, встречаются во множестве растений.

Последовательности Фибоначчи проявляются в биологических условиях, таких как ветвление на деревьях, расположение листьев на стебле , плоды ананаса , цветение артишока , раскручивающийся папоротник и расположение сосновой шишки , а также семейное древо медоносных пчел. Кеплер указал на присутствие последовательности Фибоначчи в природе, используя ее для объяснения ( связанной с золотым сечением ) пятиугольной формы некоторых цветов. У полевых ромашек чаще всего есть лепестки в счетах чисел Фибоначчи. В 1754 году Шарль Бонне обнаружил, что спиральный филлотаксис растений часто выражается в числовых рядах Фибоначчи.

Пшемыслав Прусинкевич выдвинул идею о том, что реальные экземпляры могут частично пониматься как выражение определенных алгебраических ограничений на свободные группы , в частности, как определенные грамматики Линденмайера .

Иллюстрация модели Фогеля для n = 1 … 500

Модель рисунка цветочков на головке подсолнечника была предложена Гельмутом Фогелем в 1979 году. Она имеет вид

{ displaystyle  theta = { frac {2  pi} { varphi ^ {2}}} n,  r = c { sqrt {n}}}

где n — порядковый номер цветочка, а c — постоянный коэффициент масштабирования; таким образом, цветочки лежат на спирали Ферма . Угол расхождения, приблизительно 137,51 °, — это золотой угол , делящий круг в золотом сечении. Поскольку это соотношение иррационально, ни один цветочек не имеет соседей под точно таким же углом от центра, поэтому соцветия собираются эффективно. Поскольку рациональные приближения к золотому сечению имеют вид F ( j ): F ( j + 1) , ближайшие соседи цветочка с номером n — это те, которые находятся в n ± F ( j ) для некоторого индекса j , который зависит от r , расстояние от центра. Подсолнухи и подобные цветы чаще всего имеют спирали цветков по часовой стрелке и против часовой стрелки в количестве смежных чисел Фибоначчи, обычно рассчитываемых по крайнему диапазону радиусов.

Числа Фибоначчи также появляются в родословных идеализированных медоносных пчел согласно следующим правилам:

  • Если яйцо откладывает несвязанная самка, из него вылупляется самец или трутень .
  • Однако, если яйцеклетка была оплодотворена самцом, из нее вылупляется самка.

Таким образом, у пчелы-самца всегда один родитель, а у пчелы-самки — два. Если проследить родословную любого пчелы-самца (1 пчела), у него будет 1 родитель (1 пчела), 2 бабушки и дедушки, 3 прабабушки и дедушки, 5 пра-прадедушек и т. Д. Эта последовательность чисел родителей и есть последовательность Фибоначчи. Число предков на каждом уровне F n — это число предков-женщин, равное F n -1 , плюс количество предков-мужчин, равное F n -2 . Это происходит при нереалистичном предположении, что предки на каждом уровне иначе не связаны.

Число возможных предков по линии наследования Х-хромосомы в данном предковом поколении соответствует последовательности Фибоначчи. (После Хатчисона, Л. «Выращивание семейного древа: сила ДНК в восстановлении семейных отношений».)

Было замечено, что количество возможных предков по линии наследования Х-хромосомы человека в данном предковом поколении также следует последовательности Фибоначчи. У мужчины есть Х-хромосома, которую он получил от своей матери, и Y-хромосома , которую он получил от своего отца. Самец считается «источником» его собственной Х-хромосомы ( ), а в поколении его родителей его Х-хромосома произошла от одного родителя ( ). Мать мужчины получила одну Х-хромосому от своей матери (бабушка по материнской линии сына) и одну от своего отца (деда по материнской линии), поэтому двое бабушек и дедушек внесли свой вклад в Х-хромосому потомка мужского пола ( ). Дед по материнской линии получил свою Х-хромосому от своей матери, а бабушка по материнской линии получила Х-хромосомы от обоих своих родителей, поэтому три прабабушки и дедушки внесли свой вклад в Х-хромосому мужского потомка ( ). Пять прапрапрадедов внесли свой вклад в Х-хромосому мужского потомка ( ) и т. Д. (Это предполагает, что все предки данного потомка независимы, но если какая-либо генеалогия прослеживается достаточно далеко во времени, предки начинают появляться в нескольких строках. генеалогии, пока в конце концов основатель населения не появится на всех линиях генеалогии.)
F_ {1} = 1F_ {2} = 1{ displaystyle F_ {3} = 2}{ displaystyle F_ {4} = 3}{ displaystyle F_ {5} = 5}

Пути тубулинов на внутриклеточных микротрубочках расположены в виде паттернов 3, 5, 8 и 13.

Другой

  • В оптике , когда луч света проходит под углом через две уложенные друг на друга прозрачные пластины из разных материалов с разными показателями преломления , он может отражаться от трех поверхностей: верхней, средней и нижней поверхностей двух пластин. Количество различных путей луча, которые имеют k отражений, для k > 1 , является -м числом Фибоначчи. (Однако, когда k = 1 , есть три пути отражения, а не два, по одному для каждой из трех поверхностей.)k
  • Уровни коррекции Фибоначчи широко используются в техническом анализе для торговли на финансовых рынках.
  • Поскольку коэффициент преобразования 1,609344 для миль в километры близок к золотому сечению, разложение расстояния в милях на сумму чисел Фибоначчи становится почти суммой в километрах, когда числа Фибоначчи заменяются их последователями. Этот метод сводится к Radix чисел 2 регистра в золотой пропорции основании ф сдвигаются. Чтобы преобразовать километры в мили, вместо этого сдвиньте регистр вниз по последовательности Фибоначчи.
  • Brasch et al. 2012 показывает, как обобщенная последовательность Фибоначчи также может быть связана с областью экономики. В частности, показано, как обобщенная последовательность Фибоначчи входит в управляющую функцию задач динамической оптимизации с конечным горизонтом с одним состоянием и одной управляющей переменной. Процедура проиллюстрирована на примере, который часто называют моделью экономического роста Брока – Мирмана.
  • Марио Мерц включил последовательность Фибоначчи в некоторые из своих работ, начиная с 1970 года.
  • Джозеф Шиллингер (1895–1943) разработал систему композиции, в которой в некоторых мелодиях используются интервалы Фибоначчи; он рассматривал их как музыкальный аналог сложной гармонии, очевидной в природе. См. Также Золотое сечение § Музыка .

Смотрите также

  • Волновой принцип Эллиотта
  • Константа Эмбри – Трефетена
  • Ассоциация Фибоначчи
  • Числа Фибоначчи в популярной культуре
  • Слово Фибоначчи
  • Сильный закон малых чисел
  • Вернер Эмиль Хоггатт-младший
  • Массив Wythoff
  • Восстановление Фибоначчи

использованная литература

Сноски

Цитаты

Процитированные работы

  • Болл, Кейт М. (2003), «8: Возвращение кроликов Фибоначчи», странные кривые, подсчет кроликов и другие математические исследования , Принстон, Нью-Джерси: Princeton University Press , ISBN 978-0-691-11321-0.
  • Бек, Матиас; Геогеган, Росс (2010), Искусство доказательства: базовая подготовка для более глубокой математики , Нью-Йорк: Springer, ISBN 978-1-4419-7022-0.
  • Бона, Миклош (2011), Прогулка по комбинаторике (3-е изд.), Нью-Джерси: World Scientific, ISBN 978-981-4335-23-2.
  • Бона, Миклош (2016), Прогулка по комбинаторике (4-е пересмотренное издание), Нью-Джерси: World Scientific, ISBN 978-981-3148-84-0.
  • Борвейн, Джонатан М .; Борвейн, Питер Б. (июль 1998 г.), « Пи и AGM: исследование аналитической теории чисел и вычислительной сложности» , Wiley, стр. 91–101, ISBN. 978-0-471-31515-5
  • Леммермейер, Франц (2000), Законы взаимности: от Эйлера до Эйзенштейна , Монографии Springer по математике, Нью-Йорк: Springer, ISBN 978-3-540-66957-9.
  • Ливио, Марио (2003) [2002]. Золотое сечение: История Фи, самого удивительного числа в мире (первое издание в мягкой обложке). Нью-Йорк: Бродвейские книги . ISBN 0-7679-0816-3.
  • Лукас, Эдуар (1891), Теория номеров (на французском языке), 1 , Париж: Готье-Виллар, https://books.google.com/books?id=_hsPAAAAIAAJ.
  • Пизано, Леонардо (2002), Liber Abaci Фибоначчи: перевод на современный английский книги расчетов , источников и исследований по истории математики и физических наук, Сиглер, Лоуренс Э., транс, Springer, ISBN 978-0-387-95419-6

внешние ссылки

  • Периоды последовательностей Фибоначчи Mod m на MathPages
  • Ученые нашли ключ к разгадке образования спиралей Фибоначчи в природе
  • Последовательность Фибоначчи в наше время на BBC
  • «Числа Фибоначчи» , Энциклопедия математики , EMS Press , 2001 [1994]
  • Последовательность OEIS A000045 (числа Фибоначчи)

Последовательность чисел, каждый член которой равен сумме двух предыдущих, имеет множество любопытных свойств.

Леонардо из Пизы, известный как Фибоначчи, был первым из великих математиков Европы позднего Средневековья. Будучи рожденным в Пизе в богатой купеческой семье, он пришел в математику благодаря сугубо практической потребности установить деловые контакты. В молодости Леонардо много путешествовал, сопровождая отца в деловых поездках. Например, мы знаем о его длительном пребывании в Византии и на Сицилии. Во время таких поездок он много общался с местными учеными.

Числовой ряд, носящий сегодня его имя, вырос из проблемы с кроликами, которую Фибоначчи изложил в своей книге «Liber abacci», написанной в 1202 году:

Человек посадил пару кроликов в загон, окруженный со всех сторон стеной. Сколько пар кроликов за год может произвести на свет эта пара, если известно, что каждый месяц, начиная со второго, каждая пара кроликов производит на свет одну пару?

Можете убедиться, что число пар в каждый из двенадцати последующих месяцев месяцев будет соответственно

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

Иными словами, число пар кроликов создает ряд, каждый член в котором — сумма двух предыдущих. Он известен как ряд Фибоначчи, а сами числа — числа Фибоначчи. Оказывается, эта последовательность имеет множество интересных с точки зрения математики свойств. Вот пример: вы можете разделить линию на два сегмента, так что соотношение между большим и меньшим сегментом будет пропорционально соотношению между всей линией и большим сегментом. Этот коэффицент пропорциональности, приблизительно равный 1,618, известен как золотое сечение. В эпоху Возрождения считалось, что именно эта пропорция, соблюденная в архитектурных сооружениях, больше всего радует глаз. Если вы возьмете последовательные пары из ряда Фибоначчи и будете делить большее число из каждой пары на меньшее, ваш результат будет постепенно приближаться к золотому сечению.

С тех пор как Фибоначчи открыл свою последовательность, были найдены даже явления природы, в которых эта последовательность, похоже, играет немаловажную роль. Одно из них — филлотаксис (листорасположение) — правило, по которому располагаются, например, семечки в соцветии подсолнуха. Семечки упорядочены в два ряда спиралей, один из которых идет по часовой стрелке, другой против. И каково же число семян в каждом случае? 34 и 55.

Поиск значения / толкования слов

Раздел очень прост в использовании. В предложенное поле достаточно ввести нужное слово, и мы вам выдадим
список его значений. Хочется отметить, что
наш сайт предоставляет данные из разных источников – энциклопедического, толкового, словообразовательного
словарей. Также здесь можно познакомиться
с примерами употребления введенного вами слова.

фибоначчи в словаре кроссвордиста

фибоначчи
  • Пизантийский математик объяснивший современникам, что считать можно не только на пальцах, но и с помощью цифр
  • Первый крупный математик средневековой Европы с персональным памятником в итальянском городе Пизе
  • Первый крупный математик средневековой Европы, чье прозвище в переводе с итальянского означает «хороший сын родился»
  • Средневековый математик, автор труда «Книга абака»
  • Этот итальянский математик положил начало использованию в Европе арабских цифр и десятичному счислению, но его имя чаще ассоциируется с последовательностью чисел
  • Первый крупный математик средневековой Европы
  • (Леонардо Пизанский) итальянский математик (12-первая половина 13 вв.)
  • Итальянский математик, 12-первой половины XIII в
  • Первый крупный математик средневековой Европы, чье прозвище в переводе с итальянского означает «хороший сын родился»
  • В числовой последовательности, названной его именем, каждое число является суммой двух предыдущих чисел, начиная от 0 и 1
  • Под этим прозвищем был известен математик Леонардо Пизанский
  • Итальянский математик, познакомивший Европу с арабской математикой
  • Леонардо Пизанский
  • (Леонардо Пизанский) итальянский математик, 12 — первой половины 13 в
  • Открыватель чисел, получающихся из суммы двух предыдущих

Энциклопедический словарь, 1998 г.

Большая Советская Энциклопедия

Фибоначчи

(Fibonacci), итальянский математик 13 в.; см. Леонардо Пизанский .

Википедия

Фибоначчи

Леона́рдо Пиза́нский (, , около 1170 года , Пиза — около 1250 года , там же) — первый крупный средневековой Европы . Наиболее известен под прозвищем Фибона́ччи.

Отец Фибоначчи по торговым делам часто бывал в Алжире , и Леонардо изучал там математику у арабских учителей. Позже Фибоначчи посетил Египет , Сирию , Византию , Сицилию . Он ознакомился с достижениями античных и индийских математиков в арабском переводе. На основе усвоенных им знаний Фибоначчи написал ряд математических трактатов, представляющих собой выдающееся явление средневековой западноевропейской науки. Труд Леонардо Фибоначчи « Книга абака » способствовал распространению в Европе позиционной системы счисления, более удобной для вычислений, чем римская нотация; в этой книге были подробно исследованы возможности применения индийских цифр, ранее остававшиеся неясными, и даны примеры решения практических задач, в частности, связанных с торговым делом. Позиционная система приобрела в Европе популярность в эпоху Возрождения.

Леонардо Пизанский никогда не называл себя Фибоначчи; этот псевдоним был дан ему позднее, предположительно Гийомом Либри (Guglielmo Libri Carucci dalla Sommaja) в 1838 году. Слово Fibonacci — сокращение от двух слов «filius Bonacci», появившихся на обложке «Книги абака»; они могли означать либо «сын Боначчо», либо, если интерпретировать слово Боначчи как фамилию, «сын Боначчи». Согласно третьей версии, само слово Боначчи нужно тоже понимать как прозвище, означавшее «удачливый». Сам он обычно подписывался Боначчи; иногда он использовал также имя Леонардо Биголло — слово bigollo на тосканском наречии значило «странник», а также «бездельник».

Примеры употребления слова фибоначчи в литературе.

Она только что рассчитала первые сто чисел Фибоначчи, — говорит Уотерхауз.

С Леонардо Фибоначчи, я имею в виду, — добавил Шариф, серьезно глядя на меня.

Числа Фибоначчи, оказывается, могут использоваться не только в анализе графиков торгов.

Леонардо Фибоначчи был своего рода мистиком, азы науки он познавал у арабов, которые верили, что числа обладают магическими свойствами.

Что касается Пифагора, то по части приверженности к мистике Фибоначчи ему в подметки не годился.

Как золотое сечение, как числа Фибоначчи, как бесконечная восходящая спираль, шахматы Монглана были целым, которое больше, чем сумма его частей.

Однако вам знакомо то, что я разыскиваю: работы аль-Хорезми, принесенные в Европу великим математиком Леонардо Фибоначчи, арабские цифры и алгебра, которые совершили революцию в нашей науке?

Ты хочешь сказать, что раз Фибоначчи нашел лучший способ выполнения длинного деления, тебе нет необходимости узнать, в чем преимущества этого способа?

Этот множитель и был назван впоследствии числом Фибоначчи — числом Ф, а числовой порядок — рядом, или просто числами Фибоначчи.

Да, да, вы догадались: массы планет и Солнца, расстояния их орбит от центра нашего светила тоже подчиняются закономерностям ряда Фибоначчи, а значит и Золотому сечению!

Но вот незадача: пропорции и энергетика чакр человека выпадают из ряда Фибоначчи — не соответствуют Золотому сечению.

При его дворе состояли ученые мужи из Испании и Дамаска, и круг их был разнообразен — от астролога Мишеля Скота до математика Леонардо Фибоначчи из Пизы, который познакомил Европу с арабскими цифрами.

Источник: библиотека Максима Мошкова

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как пишется фиат дукато на английском
  • Как пишется фиаско на английском
  • Как пишется фианит или фионит правильно
  • Как пишется фиалетовый или фиолетовый
  • Как пишется фешен на английском