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從兔子說(shuō)起 一般而言,兔子在出生兩個(gè)月后,就有繁殖能力,一對(duì)兔子每個(gè)月能生出一對(duì)小兔子來(lái)。如果所有兔子都不死,起初有一對(duì)小兔子,那么一年以后可以繁殖多少對(duì)兔子? 舉個(gè)例子,第一個(gè)月小兔子沒(méi)有繁殖能力,所以還是一對(duì),兩個(gè)月后,生下一對(duì)小兔對(duì)數(shù)共有兩對(duì),三個(gè)月以后,老兔子又生下一對(duì),因?yàn)樾⊥米舆€沒(méi)有繁殖能力,所以一共是三對(duì)...... 以此類推我們得到下表
這個(gè)數(shù)列是意大利中世紀(jì)數(shù)學(xué)家斐波那契在《算盤全書》中提出的,這就是著名的斐波那契數(shù)列。如果設(shè)F(n)為該數(shù)列的第n項(xiàng)(n∈N*),那么這句話可以寫成如下形式: F(1)=1,F(xiàn)(2)=1 F(n)=F(n-1)+F(n-2)(n≥3,n∈N*) 通項(xiàng)公式 我們除了可以用上面的遞推式計(jì)算出斐波那契數(shù)列的每一項(xiàng),我們還可以直接使用通項(xiàng)公式 至于有關(guān)它的推導(dǎo)主要有兩種,一種是利用特征方程,另一種是待定系數(shù)法構(gòu)建等比數(shù)列。具體的推導(dǎo)過(guò)程在這里就不贅述了。 生活中隨處可見(jiàn) 斐波那契數(shù)列中的斐波那契數(shù)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)在我們的眼前——比如松果、鳳梨、樹(shù)葉的排列、某些花朵的花瓣數(shù)(典型的有向日葵花瓣),蜂巢,蜻蜓翅膀等等。斐波那契數(shù)還可以在植物的葉、枝、莖等排列中發(fā)現(xiàn)。 大自然里一些花草長(zhǎng)出的枝條經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斐波那契數(shù),新的一枝從葉腋長(zhǎng)出,而另外的新枝又從舊枝長(zhǎng)出來(lái),老枝條和新枝條的數(shù)目的和就像那兔子問(wèn)題一樣。 (下面兩段內(nèi)容選擇閱讀) 仔細(xì)觀察向日葵的花,可以看到,向日葵花盤內(nèi),種子是按對(duì)數(shù)螺線排列的,有順時(shí)針轉(zhuǎn)和逆時(shí)針轉(zhuǎn)的兩組對(duì)數(shù)螺線。兩組螺線的條數(shù)往往成相繼的兩個(gè)斐波那契數(shù),一般是34和55,大向日葵是89和144,還曾發(fā)現(xiàn)過(guò)一個(gè)更大的向日葵有144和233條螺線,它們都是相繼的兩個(gè)斐波那契數(shù)。 常見(jiàn)的花瓣還有3瓣的鳶尾花(看上去是6片花瓣,實(shí)際上是兩組3瓣),8瓣的飛燕草,13瓣的翠雀花等等。 數(shù)學(xué)問(wèn)題 斐波那契數(shù)列有關(guān)的數(shù)學(xué)問(wèn)題可有點(diǎn)多,比如楊輝三角、黃金分割、排列組合、矩形面積、質(zhì)數(shù)數(shù)量、尾數(shù)循環(huán)等等。 其中黃金分割比較簡(jiǎn)單,在這里說(shuō)一下,隨著數(shù)列項(xiàng)數(shù)的增加,前一項(xiàng)與后一項(xiàng)之比越來(lái)越逼近黃金分割的數(shù)值0.6180339887..… 今天我們只考慮一個(gè)楊輝三角問(wèn)題(原因是這個(gè)問(wèn)題似乎比起其他幾個(gè)好像更接近程序設(shè)計(jì))。這一期主要還是說(shuō)斐波那契數(shù)列的,所以楊輝三角我們只說(shuō)一下他們之間的聯(lián)系。 楊輝三角的第一行只有一個(gè)數(shù)為1,接下來(lái)每一行都比上一行要多一個(gè)數(shù),每個(gè)數(shù)等于它上方兩數(shù)之和。 在這張圖里相信大家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了斐波那契數(shù)列,就是每條虛線上數(shù)字的和,但這樣似乎不夠明顯,那我們把楊輝三角每一行的左端對(duì)齊。 這次是不是思路清晰多了。 例題 1.一般而言,兔子在出生兩個(gè)月后,就有繁殖能力,一對(duì)兔子每個(gè)月能生出一對(duì)小兔子來(lái)。如果所有兔子都不死,起初有一對(duì)小兔子,那么X個(gè)月以后可以繁殖多少對(duì)兔子? 這個(gè)就是開(kāi)篇的兔子數(shù)列,我們就直接略過(guò)了吧。 2.蜜蜂路線 3.爬樓梯 樓梯有n階,上樓可以一步上1階,也可以一步上2階。請(qǐng)問(wèn)一共有多少種方案從樓梯底上到第n階上。 這道題和蜜蜂路線就比較相似了,如果想要上到第n階,只能從第n-1階或n-2階爬一步之后上到第n階上。那么我們是需要算好上到第1階只有一種方案,第2階有兩種方案,之后從第3階開(kāi)始,每階的方案數(shù)就等于前兩階方案數(shù)的和,一直算到第n階就好了。 幾種變形
如果上面的爬樓梯問(wèn)題每步可以上1-3階呢?那1-4階呢?同樣的我們只需要數(shù)好前幾階共有幾種方案,之后的每階的方案數(shù)就是這階前3或4方案數(shù)之和。 2.二維變形 過(guò)河卒(NOIP2002普及組)(洛谷P1002) 類似地,想要走到一個(gè)格子里只能從這個(gè)格子的上方或左方進(jìn)入,依次遞推出結(jié)果就好了。 求斐波那契數(shù)列第N項(xiàng) 1.遞歸
2.遞推
3.迭代(模擬)
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