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漫談費布那齊數列 (第 2 頁)

黃敏晃;方述誠

 

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.原載於科學月刊第五卷第七期
.作者當時任教於台大數學系

註釋
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費布那齊數列

據說費布那齊(以下簡稱費氏數列),是於西元1202年,費氏為了解決兔子繁殖的實際問題,而發展出來的。費氏觀察他養的兔子發現:每對兔子出生後滿兩個月,就開始產子一對,之後每個月產子一對。

如果某人買了一對剛出生的兔子,則他以後每個月所有的兔子對數(假設兔子不死)就是:頭1個月1對,第2個月還是1對,第3個月2對,第4個月3對,第5個月5對,第6個月8對,等等。這些對數就是費氏數列的頭幾個數。

一般地說,到了第n個月,此人擁有的兔子的對數,就是第n-1個月擁有的兔子對數,加上新生兔子的對數。而新生兔子的對數,就是2個月前(即第n-2個月)擁有的兔子的對數(註:要滿兩個月大的兔子才會產子)。

如果以 f(n) 表示此人在第 n 個月擁有的兔子的對數,則我們就得到構成費氏數列規則的遞迴關係式 (recursive formula):

\begin{displaymath}f(1)=f(2)=1\,\mbox{, {\fontfamily{cwM2}\fontseries{m}\selectf...
...us0.2pt{\fontfamily{cwM1}\fontseries{m}\selectfont \char 118},}\end{displaymath}


\begin{displaymath}f(n)=f(n-1)+f(n-2) \eqno{(1)}\end{displaymath}

查遍費氏當時的文獻,並沒有明確地記載著(1)式。最早記載(1)式的文獻,是在費氏的400年後,而棋盤疑謎的見諸數學刊物,更是其後200年的事情。說穿了,棋盤疑謎只是依照下列費氏數列的特性而成的:

\begin{displaymath}
f(n-1)f(n+1)=f^2(n)+(-1)^n \eqno{(2)}
\end{displaymath}

上節所談的幾個例子,只不過是n=5,6,7,8時的情形。(2)式的證明可以用數學歸納法得到:

n=2,3,4,5,6,7,8 時,(2)式都成立。現在假定 n=k 時,(2)式成立即

f(k-1)f(k+1)=f2(k)+(-1)k

要證明,n=k+1時,(2)式也成立。但是

\begin{eqnarray*}
&& f^2(k+1)+(-1)^{k+1} \\
&=& f(k+1)[f(k-1)+f(k)]+(-1)^{k+1}...
...[f^2(k)+(-1)^k]+f(k+1)f(k)+(-1)^{k+1} \\
&=& f^2(k)+f(k)f(k+1)
\end{eqnarray*}



\begin{eqnarray*}
&& f(k)f(k+2) \\
&=& f(k)[f(k)+f(k+1)] \\
&=& f^2(k)+f(k)f(k+1)
\end{eqnarray*}


所以 f2(k+1) + (-1)k+1 = f(k)f(k+2) 即在 n=k+1 時,(2)式也成立。所以,(2)式證明完畢。

   

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編輯:陳文是 / 繪圖:簡立欣 最後修改日期:6/17/2002