mathworld.wolfram.com
Fibonacci Number -- from Wolfram MathWorld
Created, developed, and nurtured by Eric Weisstein at Wolfram Research
The Fibonacci numbers are the sequence of numbers defined by the linear recurrence equation
(1)
with . As a result of the definition (1), it is conventional to define .
The Fibonacci numbers for , 2, ... are 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, ... (OEIS A000045).
Fibonacci numbers can be viewed as a particular case of the Fibonacci polynomials with .
Fibonacci numbers are implemented in the Wolfram Language as Fibonacci[n].
The Fibonacci numbers are also a Lucas sequence , and are companions to the Lucas numbers (which satisfy the same recurrence equation).
The above cartoon (Amend 2005) shows an unconventional sports application of the Fibonacci numbers (left two panels). (The right panel instead applies the Perrin sequence).
A scrambled version 13, 3, 2, 21, 1, 1, 8, 5 (OEIS A117540) of the first eight Fibonacci numbers appear as one of the clues left by murdered museum curator Jacque Saunière in D. Brown's novel The Da Vinci Code (Brown 2003, pp. 43, 60-61, and 189-192). In the Season 1 episode "Sabotage" (2005) of the television crime drama NUMB3RS, math genius Charlie Eppes mentions that the Fibonacci numbers are found in the structure of crystals and the spiral of galaxies and a nautilus shell. In the Season 4 episode "Masterpiece" (2008) of the CBS-TV crime drama "Criminal Minds," the agents of the FBI Behavioral Analysis Unit are confronted by a serial killer who uses the Fibonacci sequence to determine the number of victims for each of his killing episodes. In this episode, character Dr. Reid also notices that locations of the killings lie on the graph of a golden spiral, and going to the center of the spiral allows Reid to determine the location of the killer's base of operations.
The plot above shows the first 511 terms of the Fibonacci sequence represented in binary, revealing an interesting pattern of hollow and filled triangles (Pegg 2003). A fractal-like series of white triangles appears on the bottom edge, due in part to the fact that the binary representation of ends in zeros. Many other similar properties exist.
The Fibonacci numbers give the number of pairs of rabbits months after a single pair begins breeding (and newly born bunnies are assumed to begin breeding when they are two months old), as first described by Leonardo of Pisa (also known as Fibonacci) in his book Liber Abaci. Kepler also described the Fibonacci numbers (Kepler 1966; Wells 1986, pp. 61-62 and 65). Before Fibonacci wrote his work, the Fibonacci numbers had already been discussed by Indian scholars such as Gopāla (before 1135) and Hemachandra (c. 1150) who had long been interested in rhythmic patterns that are formed from one-beat and two-beat notes or syllables. The number of such rhythms having beats altogether is , and hence these scholars both mentioned the numbers 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, ... explicitly (Knuth 1997, p. 80).
The numbers of Fibonacci numbers less than 10, , , ... are 6, 11, 16, 20, 25, 30, 35, 39, 44, ... (OEIS A072353). For , 2, ..., the numbers of decimal digits in are 2, 21, 209, 2090, 20899, 208988, 2089877, 20898764, ... (OEIS A068070). As can be seen, the initial strings of digits settle down to produce the number 208987640249978733769..., which corresponds to the decimal digits of (OEIS A097348), where is the golden ratio. This follows from the fact that for any power function , the number of decimal digits for is given by .
The Fibonacci numbers , are squareful for , 12, 18, 24, 25, 30, 36, 42, 48, 50, 54, 56, 60, 66, ..., 372, 375, 378, 384, ... (OEIS A037917) and squarefree for , 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 13, ... (OEIS A037918). and for all , and there is at least one such that . No squareful Fibonacci numbers are known with prime.
The ratios of successive Fibonacci numbers approaches the golden ratio as approaches infinity, as first proved by Scottish mathematician Robert Simson in 1753 (Wells 1986, p. 62). The ratios of alternate Fibonacci numbers are given by the convergents to , where is the golden ratio, and are said to measure the fraction of a turn between successive leaves on the stalk of a plant (phyllotaxis): for elm and linden, 1/3 for beech and hazel, 2/5 for oak and apple, 3/8 for poplar and rose, 5/13 for willow and almond, etc. (Coxeter 1969, Ball and Coxeter 1987). The Fibonacci numbers are sometimes called pine cone numbers (Pappas 1989, p. 224). The role of the Fibonacci numbers in botany is sometimes called Ludwig's law (Szymkiewicz 1928; Wells 1986, p. 66; Steinhaus 1999, p. 299). However, botanist Cooke suggests caution in making correlations between botany and the Fibonacci sequence (Peterson 2006).
The equation (◇) is a linear recurrence equation
(2)
so the closed form for is given by
(3)
where and are the roots of . Here, , so the equation becomes
(4)
which has roots
(5)
The closed form is therefore given by
(6)
This is known as Binet's Fibonacci number formula (Wells 1986, p. 62). Another closed form is
where is the nearest integer function (Wells 1986, p. 62).
Using equation (7), the definition of can be extended to negative integers according to
(9)
More generally, the Fibonacci numbers can be extended to a real number via
(10)
as plotted above.
The Fibonacci function has zeros at and an infinite number of negative values that approach for all negative integers , given by the solutions to
(11)
where is the golden ratio. The first few roots are 0, (OEIS A089260), , , , ....
Another recurrence relation for the Fibonacci numbers is
(12)
where is the floor function and is the golden ratio. This expression follows from the more general recurrence relation
(13)
for . (The case is trivially , while the case is essentially Cassini's identity and therefore equal to .)
Another interesting determinant identity follows from defining as the matrix with zeros everywhere except and for (i.e., along the superdiagonal and subdiagonal). Then
(14)
(S. Markelov).
The generating function for the Fibonacci numbers is
By plugging in , this gives the curious addition tree illustrated above,
(18)
so
(19)
(Livio 2002, pp. 106-107).
The sum
(20)
(OEIS A079586) is known as the reciprocal Fibonacci constant.
Yuri Matiyasevich (1970) showed that there is a polynomial in , , and a number of other variables , , , ... having the property that iff there exist integers , , , ... such that . This led to the proof of the impossibility of the tenth of Hilbert's problems (does there exist a general method for solving Diophantine equations?) by Julia Robinson and Martin Davis in 1970 (Reid 1997, p. 107).
The Fibonacci number gives the number of ways for dominoes to cover a checkerboard, as illustrated in the diagrams above (Dickau).
The number of ways of picking a set (including the empty set) from the numbers 1, 2, ..., without picking two consecutive numbers is . The number of ways of picking a set (including the empty set) from the numbers 1, 2, ..., without picking two consecutive numbers (where 1 and are now consecutive) is , where is a Lucas number.
The probability of not getting two heads in a row in tosses of a coin is (Honsberger 1985, pp. 120-122). Fibonacci numbers are also related to the number of ways in which coin tosses can be made such that there are not three consecutive heads or tails. The number of ideals of an -element fence poset is the Fibonacci number .
Given a resistor network of 1- resistors, each incrementally connected in series or parallel to the preceding resistors, then the net resistance is a rational number having maximum possible denominator of .
The Fibonacci numbers are given in terms of the Chebyshev polynomial of the second kind by
(21)
Sum identities include
There are a number of particular pretty algebraic identities involving the Fibonacci numbers, including
(Brousseau 1972), Catalan's identity
(32)
d'Ocagne's identity
(33)
and the Gelin-Cesàro identity
(34)
Letting in (32) gives Cassini's identity
(35)
sometimes also called Simson's formula since it was also discovered by Simson (Coxeter and Greitzer 1967, p. 41; Coxeter 1969, pp. 165-168; Petkovšek et al. 1996, p. 12).
Johnson (2003) gives the very general identity
(36)
which holds for arbitrary integers , , , , and with and from which many other identities follow as special cases.
The Fibonacci numbers obey the negation formula
(37)
the addition formula
(38)
where is a Lucas number, the subtraction formula
(39)
the fundamental identity
(40)
conjugation relation
(41)
successor relation
(42)
double-angle formula
(43)
multiple-angle recurrence
(44)
multiple-angle formulas
(where (48) holds only for ), the extension
(50)
(A. Mihailovs, pers. comm., Jan. 24, 2003), product expansions
(51)
and
(52)
square expansion,
(53)
and power expansion
(54)
Honsberger (1985, p. 107) gives the general relations
In the case , then and for odd,
(58)
Similarly, for even,
(59)
Letting gives the identities
Sum formulas for include
(Wells 1986, p. 63), the latter of which shows that the shallow diagonals" of Pascal's triangle sum to Fibonacci numbers (Pappas 1989). Additional identities can be found throughout the Fibonacci Quarterly journal. A list of 47 generalized identities are given by Halton (1965).
In terms of the Lucas number ,
(Honsberger 1985, pp. 111-113). A remarkable identity is
(69)
(Honsberger 1985, pp. 118-119), which can be generalized to
(70)
(Johnson 2003). It is also true that
(71)
for odd, and
(72)
for even (Freitag 1996).
From (◇), the ratio of consecutive terms is
which is just the first few terms of the continued fraction for the golden ratio . Therefore,
mathworld.wolfram.com หมายเลขฟีโบนัชชี - จาก Wolfram แมธเวิลด์สร้าง พัฒนา และหล่อเลี้ยง โดย Eric Weisstein ที่วิจัย Wolfram หมายเลขฟีโบนัชชีเป็นลำดับของตัวเลขที่กำหนด ด้วยสมการเชิงเส้นเกิด (1) ด้วยการ จากคำนิยาม (1), มันเป็นปกติเพื่อกำหนด Fibonacci หมายเลขสำหรับ 2,...เป็น 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, ... (OEIS A000045) สามารถดูหมายเลขฟีโบนัชชีเป็นกรณีเฉพาะของ polynomials ฟีโบนัชชีมี มีใช้หมายเลขฟีโบนัชชีในภาษา Wolfram เป็น Fibonacci [n] หมายเลขฟีโบนัชชีเป็นลำดับ Lucas และ สหายหมายเลข Lucas (ซึ่งเป็นไปตามสมการที่เกิดขึ้นเหมือนกัน) การ์ตูนข้างต้น (Amend 2005) แสดงประยุกต์กระเป๋ากีฬาของเลขฟีโบนัชชี (ซ้ายสองแผง) (แผงด้านขวาแทนใช้ลำดับ Perrin) รุ่นกวน 13, 3, 2, 21, 1, 1, 8, 5 (A117540 ใน OEIS) จำนวนฟีโบนัชชีแปดแรกปรากฏเป็นปมจากภัณฑารักษ์พิพิธภัณฑ์ฆาตกรรม Jacque Saunière ใน D. บราวน์นวนิยายเดอะดาวินชี่โค้ด (สีน้ำตาล 2003, 43 พีพีอ่าวมาหยา 60-61 และ 189-192) ในฤดูกาลที่ 1 ตอน "ก่อวินาศกรรม" (2005) ของละครเรื่องอาชญากรรมโทรทัศน์ NUMB3RS คณิตศาสตร์อัจฉริยะ Eppes ชาร์ลีกล่าวถึงตัวเลข Fibonacci ที่พบในโครงสร้างของผลึกและเกลียวชื่อดาราจักรและเปลือก nautilus ในฤดูกาลที่ 4 ตอน "ชิ้นเอก" (2008) ของโทรทัศน์ CBS อาชญากรรมละครเรื่อง "อาญาจิตใจ ตัวแทนของหน่วยวิเคราะห์พฤติกรรมของ FBI ที่เผชิญ โดยฆาตกรที่ใช้ลำดับ Fibonacci เพื่อกำหนดจำนวนของเหยื่อแต่ละตอนเขาฆ่า ในตอนนี้ อักขระ Reid ดร.ยังสังเกตพบว่า ตำแหน่งของการฆาตกรรมที่อยู่บนกราฟของเกลียวทอง และเข้าสู่ศูนย์กลางของเกลียวช่วยให้รีดเพื่อกำหนดที่ตั้งของฐานปฏิบัติการของปืน แผนข้างต้นแสดงเงื่อนไขลำดับ Fibonacci 511 ครั้งแรกแสดงในไบนารี เผยให้เห็นรูปแบบน่าสนใจของกลวง และเติมสามเหลี่ยม (เพ็กก์ 2003) ชุดเศษส่วนเหมือนสามเหลี่ยมสีขาวปรากฏบนขอบด้านล่าง ครบกำหนดบางส่วนในความเป็นจริงที่แสดงไบนารีของสิ้นสุดในศูนย์ หลายคุณสมบัติอื่น ๆ เหมือนกัน ฟีโบนัชชีเลขให้เลขคู่ของกระต่ายเดือนหลังคู่เดียวเริ่มผสมพันธุ์ (และกระต่ายเกิดใหม่จะถือว่ามีการเริ่มผสมพันธุ์เมื่ออายุ 2 เดือน), เป็นครั้งแรกอธิบาย โดย Leonardo ปิซา (เรียกอีกอย่างว่า Fibonacci) ในหนังสือของเขา Abaci ไลเบอร์ซีชอร์ กฎยังอธิบายหมายเลขฟีโบนัชชี (กฎ 1966 บ่อ 1986 นำ 61-62 และ 65) ก่อนที่ Fibonacci เขียนงานของเขา หมายเลขฟีโบนัชชีมีการกล่าวถึง โดยนักปราชญ์อินเดีย Hemachandra (ราว 1150) และ Gopāla (ก่อน 1135) ที่ได้รับความสนใจในรูปแบบจังหวะที่เกิดขึ้นจากบันทึกย่อหนึ่งจังหวะ และสองจังหวะหรือพยางค์ แล้ว หมายเลขของแบบดังกล่าว มีจังหวะทั้งหมดเป็น และดังนั้น เหล่านี้นักวิชาการทั้งสองกล่าวถึงตัวเลข 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21,...อย่างชัดเจน (Knuth 1997, p. 80) หมายเลขของ Fibonacci หมายเลขต่ำกว่า 10,,,...คือ 6, 11, 16, 20, 25, 30, 35, 39, 44, ... (OEIS A072353) สำหรับ 2,..., จำนวนทศนิยมตำแหน่ง 2, 21, 209, 2090, 20899, 208988, 2089877, 20898764, ... (OEIS A068070) สามารถมองเห็น สตริเริ่มหลักปักผลิตหมายเลข 208987640249978733769..., ซึ่งตรงกับตัวเลขทศนิยมของ (A097348 ใน OEIS), ซึ่งเป็นอัตราส่วนทองคำ นี้ต่อไปนี้จากที่ใด ๆ พลังงานฟังก์ชัน จำนวนทศนิยมสำหรับถูกกำหนดโดย เลขฟีโบนัชชี มี squareful สำหรับ 12, 18, 24, 25, 30, 36, 42, 48, 50, 54, 56, 60, 66,..., 372, 375, 378, 384, ... (A037917 ใน OEIS) และ squarefree สำหรับ 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 13, ... (OEIS A037918) และทั้ง หมด และมีอย่างน้อยหนึ่งให้ หมายเลขฟีโบนัชชี squareful ไม่ทราบว่านายก อัตราส่วนของแนวทางหมายเลขฟีโบนัชชีต่ออัตราส่วนทองเป็นอินฟินิตี้ ยื่นเป็นครั้งแรกพิสูจน์สก็อตนักคณิตศาสตร์ Simson โรเบิร์ตใน 1753 (บ่อ 1986, p. 62) อัตราส่วนของเลขฟีโบนัชชีอื่นจะให้ โดยการ convergents ซึ่งเป็นอัตราส่วนทองคำ และกล่าวว่า การวัดสัดส่วนของเปิดระหว่างใบต่อเนื่องในสายโรงงาน (phyllotaxis): เอล์มและลินเดน 1/3 สำหรับบีท 2/5 สำหรับโอ๊คและแอปเปิ้ล 3/8 สำหรับปอปลาร์และโรส 5/13 วิลโลว์และอัลมอนด์ ฯลฯ (Coxeter 1969 ลูกบอล และ Coxeter 1987) หมายเลขฟีโบนัชชีเป็นบางครั้งเรียกว่าหมายเลขกรวยไพน์ (Pappas 1989, p. 224) บทบาทของเลขฟีโบนัชชีในสมุนไพรบางครั้งเรียกว่าของลุดวิกแห่งกฎหมาย (Szymkiewicz 1928 บ่อ 1986, p. 66 Steinhaus 1999, p. 299) อย่างไรก็ตาม botanist คุกแนะนำข้อควรระวังในการทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างโบตานีและลำดับ Fibonacci (Peterson 2006) สมการ (◇) เป็นสมการเส้นตรงเกิดขึ้น (2) ดังนั้น กำหนดแบบฟอร์มปิดการโดย (3) ที่มีรากฐานของการ ที่นี่,, ดัง นั้นสมการกลายเป็น (4) ซึ่งมีราก (5) ดังนั้นจึงมีกำหนดแบบปิดโดย (6) การนี้เรียกว่า Binet ของเลขฟีโบนัชชีสูตร (บ่อ 1986, p. 62) ปิดฟอร์มอื่นคือ ซึ่งเป็นฟังก์ชันจำนวนเต็มที่ใกล้ที่สุด (บ่อ 1986, p. 62) ใช้สมการ (7), การกำหนดสามารถขยายเป็นจำนวนเต็มลบตาม (9) มากขึ้นโดยทั่วไป สามารถขยายหมายเลขฟีโบนัชชีเป็นจำนวนจริงผ่าน (10) เป็นพล็อตเหนือ ฟังก์ชันฟีโบนัชชีมีจำกัดจำนวนของค่าลบวิธีสำหรับเต็มลบทั้งหมด กำหนดวิธีการ (11) ซึ่งเป็นอัตราส่วนทองคำ รากน้อยแรกคือ 0, (OEIS A089260), , ... เกิดความสัมพันธ์ที่อื่นสำหรับหมายเลขฟีโบนัชชี (12) ซึ่งฟังก์ชันชั้น และเป็นอัตราส่วนทองคำ นิพจน์นี้ดังต่อไปนี้จากความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นทั่วไป (13) สำหรับการ (กรณีเป็น trivially ใน ขณะที่กรณีมีเป็นตัวตนของสสินีจึง เท่ากับ) ตัวดีเทอร์มิแนนต์อื่นที่น่าสนใจดังต่อไปนี้จากการกำหนดเป็นเมตริกซ์กับศูนย์ทุกยกเว้น และใน (เช่น ตาม superdiagonal และ subdiagonal) แล้ว (14) (S. Markelov) ฟังก์ชันที่สร้างสำหรับหมายเลขฟีโบนัชชี โดยเสียบ นี้ช่วยให้ต้นนี้อยากรู้อยากเห็นที่อธิบายข้างต้น (18) ดังนั้น (19) (Livio 2002 นำ 106-107) ผลรวม (20) (A079586 ใน OEIS) เรียกว่าค่าคงของ Fibonacci ซึ่งกันและกัน Yuri Matiyasevich (1970) พบว่ามีพหุนามในและจำนวนตัวแปรอื่น ๆ,...มีคุณสมบัติ iff นั้นมีอยู่เต็ม,...เช่นว่านั้น นี้นำไปสู่หลักฐานเป็นไปได้ทำของสิบปัญหาของฮิลแบร์ท (มีอยู่ทั่วไปวิธีการแก้สมการ Diophantine) โดยจูเลียโรบินสันและมาร์ติน Davis ใน 1970 (Reid 1997, p. 107) ให้เลขฟีโบนัชชีที่ทางสำหรับแต้มกลบเป็นลายสก็อต เป็นแสดงในไดอะแกรมข้างต้น (Dickau) จำนวนวิธีการรับชุด (รวมชุดว่าง) จากหมายเลข 1, 2,..., โดยเลือกหมายเลขสองที่ติดต่อกันเป็น จำนวนวิธีการรับชุด (รวมชุดว่าง) จากหมายเลข 1, 2,..., โดยเลือกหมายเลขต่อเนื่องสอง (1 และก็ต่อเนื่องกัน) คือ ซึ่งเป็นตัวเลข Lucas ความน่าเป็นการไม่สองหัวแถวใน tosses เหรียญ (Honsberger 1985 นำ 120-122) ได้ เลขฟีโบนัชชียังเกี่ยวข้องกับทางในเหรียญที่ tosses สามารถทำให้มีไม่สามต่อหัวหรือหาง จำนวนอุดมคติ - องค์ประกอบของกรอบ poset คือ หมายเลขฟีโบนัชชี ให้เครือข่ายตัวต้านทาน 1 resistors แต่ละแบบเพิ่มหน่วยเชื่อมต่อชุดหรือคู่ขนาน resistors ก่อนหน้านี้ นั้นต้านทานสุทธิเป็นจำนวนตรรกยะมีตัวหารที่เป็นไปได้สูงสุดของ ระบุหมายเลขฟีโบนัชชีในพหุนาม Chebyshev ชนิดที่สองด้วย (21) รวมรวมข้อมูล มีจำนวนพีชคณิตสวยประจำเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับหมายเลขฟีโบนัชชี รวมทั้ง (Brousseau 1972) รหัสประจำตัวของคาตาลัน (32) รหัสประจำตัวของ d'Ocagne (33) และรหัสประจำตัว Cesàro ดูเกลินปู (34) ให้ใน (32) ให้ตัวตนของสสินี (35) บางครั้งเรียกว่าสูตรของ Simson ตั้งแต่มันถูกค้นพบ โดย Simson (Coxeter และ Greitzer 1967, p. 41 Coxeter 1969 นำ 165-168 Petkovšek et al. 1996, p. 12) การ Johnson (2003) ให้ข้อมูลประจำตัวโดยทั่วไป (36) ที่เก็บ สำหรับกำหนดจำนวน เต็ม และกับ และ จากข้อมูลอื่น ๆ ติดตามเป็นกรณีพิเศษซึ่ง หมายเลขฟีโบนัชชีฟังสูตรนิเสธ (37) สูตรนี้ (38) หมายเลข Lucas สูตรลบอยู่ที่ไหน (39) ตัวพื้นฐาน (40) ความสัมพันธ์การ conjugation (41) สืบสัมพันธ์ (42) สูตรสองมุม (43) เกิดหลายมุม (44) สูตรหลายมุม (ที่ถือ (48) สำหรับ), ส่วนขยาย (50) (A. Mihailovs อาทิสื่อ 24 ม.ค. 2003), ขยายผลิตภัณฑ์ (51) และ (52) ขยายขนาด (53) และกำลังขยายตัว (54) Honsberger (1985, p. 107) ทำให้ความสัมพันธ์ทั่วไป ใน กรณีนี้ แล้ว และ คี่ (58) ในทำนองเดียวกัน การถึง (59) วัสดุที่ทำให้ตัวตน รวมสูตรการรวม (บ่อ 1986, p. 63), หลังที่แสดงให้เห็นว่าเส้นทแยงมุมตื้น"ของสามเหลี่ยมปาสกาลหมายเลขฟีโบนัชชี (Pappas 1989) Identities เพิ่มเติมสามารถพบได้ตลอดทั้งรายวันรายไตรมาสของฟีโบนัชชี รายการประจำ 47 เมจแบบทั่วไปจะกำหนด โดย Halton (1965) ในแง่ของจำนวน Lucas (Honsberger 1985 นำ 111-113) มีเอกลักษณ์โดดเด่น (69) (Honsberger 1985 นำ 118-119), ซึ่งสามารถจะตั้งค่าทั่วไปให้ (70) (Johnson 2003) เป็นจริงที่ (71) สำหรับคี่ และ (72) สำหรับคู่ (อย่างไร Freitag 1996) จาก (◇), อัตราส่วนของวาระคือ ซึ่งเป็นเพียงแรกบางเงื่อนไขของเศษส่วนต่อเนื่องสำหรับอัตราส่วนทอง ดังนั้น
การแปล กรุณารอสักครู่..
