斐波那契数列
斐波那契数列可由两个初始值和一条递推式确定。约定 ,从第三项起令 ,得到 。有些资料改用 ;两种编号给出的后续数字相同,引用公式时应先看从哪一项开始编号。
两项记忆的递推
要算 ,只需要前两项 ,所以 。但要从头开始计算,两个初始值都不可省。与等差数列的固定差、等比数列的固定比不同,这里增量 本身在变化。
下图用边长为 1、1、2、3、5 的正方形拼成不断扩大的长方形。从第三块起,新正方形的边长等于前两块的边长之和;颜色只是帮助沿拼接顺序追踪数字。图形展示递推可以怎样出现,并不负责证明每个斐波那契恒等式。
前 n 项和
前几项相加有 、、。这提示 这些小例子只能帮助猜测。用数学归纳法证明: 时两边同为 1。若前 项之和为 ,再加入 ,便得到 。最后一步恰好使用递推式,因此结论对所有正整数 成立。
例如前六项之和 ;公式给 。若误把 写在右边, 就会得到错误的 1,低下标核对能及时发现错位。
比值与极限
相邻项的比值依次为 ,并不恒定。若它趋于正数 ,递推式除以 提示 ,正根为 。这个方程只求出可能的极限,还需要证明比值真的收敛。
可以进一步求通项来完成证明。令 ,则 、。因此两个数列 、 都满足“后一项等于前两项之和”的递推。它们的线性组合 也满足同一递推,并且 。与约定 的斐波那契数列有相同起点和规则,归纳得到 。又因 , 通项看起来含无理数,但两个幂的差按递推必给出整数;收敛结论来自 ,而不只是数表外观。
试算。已知 ,不用重算前六项,求前八项之和。递推给 ,所以 。
参考资料
- OpenStax《Precalculus 2e》§11.1:递推定义与斐波那契数列。