斐波那契—盧卡斯數列

斐波那契數列1,1,2,3,5,8…,和盧卡斯數列1,3,4,7,11,18…,具有相同的性質:從第三項開始,每一項都等於前兩項之和,我們稱之為斐波那契—盧卡斯遞推。凡符合斐波那契—盧卡斯遞推的數列就稱為斐波那契—盧卡斯數列。 別名有斐波那契—盧卡斯序列,推廣斐波那契數列,推廣盧卡斯數列,推廣兔子數列等。

定義

一般地,符合f(n) = f(n-1)+ f(n-2),f(n-2)=f(n)- f(n-1)的整數數列f(n),都是斐波那契—盧卡斯數列。

為區別不同的斐波那契—盧卡斯數列,我們根據前兩項來標定斐波那契—盧卡斯數列,如

斐波那契數列:F[1,1];

盧卡斯數列:F[1,3];

數列1,4,5,9.,14,23…:F[1,4];

特別地,常數數列0,0,0…:F[0,0],作為下述斐波那契—盧卡斯數列群的單位元素。

斐波那契—盧卡斯數列群

任意兩個或兩個以上斐波那契—盧卡斯數列之和或差仍然是斐波那契—盧卡斯數列。

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
F[1,4]n 1 4 5 9 14 23 37 60 97 157
F[1,3]n 1 3 4 7 11 18 29 47 76 123
F[1,4]n-F[1,3]n 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34
F[1,4]n+F[1,3]n 2 7 9 16 25 41 66 107 173 280

性質

一些等式

f(n+1)+f(n+2)=f(n+3)*1

f(n+1)+f(n+2)+f(n+3)+…+f(n+6)=f(n+5)*4

f(n+1)+f(n+2)+f(n+3)+…+f(n+10)=f(n+7)*11

f(n+1)+f(n+2)+f(n+3)+…+f(n+14)=f(n+9)*29

f(n+1)+f(n+2)+f(n+3)+…+f(n+18)=f(n+11)*76

注意:1,4,11,29,76,…是盧卡斯數列的奇數項。

黃金特徵

每一項的平方數與前後兩項之積的差的絕對值是一個恆值,稱為黃金特徵。

斐波那契數列:|1*1-1*2|=|2*2-1*3|=…=1

盧卡斯數列:|3*3-1*4|=|4*4-3*7|=…=5

F[1,4]數列:|4*4-1*5|=|5*5-4*9|=…=11

F[2,5]數列:|5*5-2*7|=|7*7-5*12|=…=11

F[2,7]數列:|7*7-2*9|=|9*9-7*16|=…=31

斐波那契數列的黃金特徵1最小,也就是前後項之比接近黃金比例最快,我們稱為黃金特徵,黃金特徵1的數列只有斐波那契數列,是獨生數列。盧卡斯數列的黃金特徵是5,也是獨生數列。前兩項互質的獨生數列只有斐波那契數列和盧卡斯數列這兩個數列。而F[1,4]數列和F[2,5]數列的黃金特徵是11,黃金特徵31的數列除了F[2,7]外,還有F[3,8],其他前兩項互質的斐波那契—盧卡斯數列都是成對出現的,他們都是:

孿生斐波那契—盧卡斯數列

利用f(n-2)= f(n)- f(n-1),寫出前面的項,如下表:

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 黃金特徵
F[1,1] 5 -3 2 -1 1 0 1 1 2 3 5 8 1
F[1,3] -11 7 -4 3 -1 2 1 3 4 7 11 18 5
F[1,4] -19 12 -7 5 -2 3 1 4 5 9 14 23 11
F[2,5] -14 9 -5 4 -1 3 2 5 7 12 19 31 11

我們發現:斐波那契—盧卡斯數列與分數對應:

F[1,1]的正負項絕對值相等,第0項為0,對應於整數。

F[1,3]的正負項絕對值也相等,第0項為2,第1項為1,對應於分數1/2。

而F[1,4]的正項絕對值與F[2,5]的負項絕對值相等,F[2,5]的正項絕對值與F[1,4]的負項絕對值相等,而且,他們的第0項都是3,第1項分別是1和2,所以他們對應互補的分數1/3和2/3,這樣的數列就是孿生斐波那契—盧卡斯數列。每一對互補的分數(如1/4和3/4,1/5和4/5,2/5和3/5,或2/6和4/6等等)都對應一對孿生斐波那契—盧卡斯數列。

黃金陣列

經過對斐波那契—盧卡斯數列和黃金特徵、黃金比例的研究,我把自然數排列為如下的黃金陣列:

1 2 3 5 8 13 21 34 55 89
4 6 10 16 26 42 68
7 11 18 29 47 76
9 15 24 39 63
12 19 31 50 81
14 23 37 60 97
17 28 45 73
20 32 52 84
22 36 58 94
25 40 65
27 44 71
30 49 79
33 53 86

第一排,斐波那契數列,1,2,3,5,8.…

第二排,最小缺4,4*1.618取整6——4,6,10,16…

第三排,最小缺7,7*1.618取整11——7,11,18,29…

以此類推。

第1列的經驗公式:[(2n-1)(√5+3)/4+0.5]的整數部分。

黃金陣列具有以下性質:

1)各斐波那契—盧卡斯數列都出現一次(常數數列0,0,0…除外)

2)每一個同一列的數,與黃金比例之積,與整數的距離差不多。

每一個數的列數,我們可乘之為該數的黃金階數。

前10個數的黃金階數分別是1,2,3,1,4,2,1,5,1,3。

前10個黃金階數5階或5階以上的數分別是8,13,21,26,34,42,47,55,63,68,他們之間兩兩相差5或8,我們稱之為真金數。

黃金階數為1的數,不是在真金數的兩邊(如8的兩邊7和9),就是在相差8的2個真金數中間(如13和21之間的17)。

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