举出至少两个例子说明数学的简洁美或和谐美或奇异美或统一美,并且说明自己的体会

如题所述

个人比较喜欢 黄金分割 和 斐波那契数列 ,觉得挺神奇的 生活中好多例子都是他们
下面是点简单介绍
斐波那契数会经常出现在我们的眼前——比如松果、凤梨、树叶的排列、某些花朵的花瓣数(典型的有向日葵花瓣),蜂巢,蜻蜓翅膀,超越数e(可以推出更多),黄金矩形、黄金分割、等角螺线,十二平均律等。
随着数列项数的增加,前一项与后一项之比越来越逼近黄金分割的数值0.6180339887..…
从第二项开始,每个奇数项的平方都比前后两项之积多1,每个偶数项的平方都比前后两项之[1]积少1。
如:第二项1的平方比它的前一项1和它的后一项2的积2少1,第三项2的平方比它的前一项1和它的后一项3的积3多1。
(注:奇数项和偶数项是指项数的奇偶,而并不是指数列的数字本身的奇偶,比如从数列第二项1开始数,第4项5是奇数,但它是偶数项,如果认为5是奇数项,那就误解题意,怎么都说不通)因为:经计算可得:an^2-aa=(-1)^(n-1)
斐波那契数列的第n项同时也代表了集合{1,2,...,n}中所有不包含相邻正整数的子集个数。
斐波那契数列(f(n),f(0)=0,f⑴=1,f⑵=1,f⑶=2……)的其他性质:
1.f(0)+f⑴+f⑵+…+f(n)=f(n+2)-1。
2.f⑴+f⑶+f⑸+…+f(2n-1)=f(2n)。
3.f⑵+f⑷+f⑹+…+f(2n) =f(2n+1)-1。
4.[f(0)]^2+[f⑴]^2+…+[f(n)]^2=f(n)·f(n+1)。
5.f(0)-f⑴+f⑵-…+(-1)^n·f(n)=(-1)^n·[f(n+1)-f(n)]-1。
6.f(n+m)=f(n+1)·f(m)+f(n)·f(m-1)。
利用这一点,可以用程序编出时间复杂度仅为O(log n)的程序。
怎样实现呢?伪代码描述一下
7.[f(n)]^2=(-1)^(n-1)+f(n-1)·f(n+1)。
8.f(2n-1)=[f(n)]^2-[f(n-2)]^2。
9.3f(n)=f(n+2)+f(n-2)。
10.f(2n-2m-2)[f(2n)+f(2n+2)]=f(2m+2)+f(4n-2m) [ n〉m≥-1,且n≥1] 斐波那契数列11.f(2n+1)=[f(n)]^2+[f(n+1)]^2.
12.f(2n)/f(n)=f(n-1)+f(n+1)
隐藏斐波那契数列
将杨辉三角依次下降,成如图所示排列,将同一行的数加起来,即得一数列1、1、2、3、5、8、……
公式表示如下:
f⑴=C(0,0)=1。
f⑵=C(1,0)=1。
f⑶=C(2,0)+C(1,1)=1+1=2。
f⑷=C(3,0)+C(2,1)=1+2=3。
f⑸=C(4,0)+C(3,1)+C(2,2)=1+3+1=5。
f⑹=C(5,0)+C(4,1)+C(3,2)=1+4+3=8。
F⑺=C(6,0)+C(5,1)+C(4,2)+C(3,3)=1+5+6+1=13。
……
F(n)=C(n-1,0)+C(n-2,1)+…+C(n-1-m,m) (m<=n-1-m)
斐波那契数列的整除性与素数生成性
每3个连续的数中有且只有一个被2整除,
每4个连续的数中有且只有一个被3整除,
每5个连续的数中有且只有一个被5整除,
每6个连续的数中有且只有一个被8整除,
每7个连续的数中有且只有一个被13整除,
每8个连续的数中有且只有一个被21整除,
每9个连续的数中有且只有一个被34整除,
.......
我们看到第5、7、11、13、17、23位分别是素数:5,13,89,233,1597,28657(第19位不是)
斐波那契数列的素数无限多吗?
斐波那契数列的个位数:一个60步的循环
11235,83145,94370,77415,61785.38190,
99875,27965,16730,33695,49325,72910…
斐波那契数与植物花瓣
3………………………百合和蝴蝶花
5………………………蓝花耧斗菜、金凤花、飞燕草、毛茛花
8………………………翠雀花
13………………………金盏 和玫瑰
21………………………紫宛
34、55、89……………雏菊
斐波那契数还可以在植物的叶、枝、茎等排列中发现。例如,在树木的枝干上选一片叶子,记其为数0,然后依序点数叶子(假定没有折损),直到到达与那些叶子正对的位置,则其间的叶子数多半是斐波那契数。叶子从一个位置到达下一个正对的位置称为一个循回。叶子在一个循回中旋转的圈数也是斐波那契数。在一个循回中叶子数与叶子旋转圈数的比称为叶序(源自希腊词,意即叶子的排列)比。多数的叶序比呈现为斐波那契数的比。
编辑本段斐波那契斐波那契—卢卡斯数列
卢卡斯数列1、3、4、7、11、18…,也具有斐波那契数列同样的性质。(我们可称之为斐波那契—卢卡斯递推:从第三项开始,每一项都等于前两项之和f(n) = f(n-1)+ f(n-2))。
这两个数列还有一种特殊的联系(如下表所示),F(n)*L(n)=F(2n),及L(n)=F(n-1)+F(n+1)
n12345678910…
斐波那契数列F(n)11235813213455…
卢卡斯数列L(n)13471118294776123…
F(n)*L(n)138215514437798725846765…
类似的数列还有无限多个,我们称之为斐波那契—卢卡斯数列。
如1,4,5,9,14,23…,因为1,4开头,可记作F[1,4],斐波那契数列就是F[1,1],卢卡斯数列就是F[1,3],斐波那契—卢卡斯数列就是F[a,b]。
斐波那契—卢卡斯数列之间的广泛联系
①任意两个或两个以上斐波那契—卢卡斯数列之和或差仍然是斐波那契—卢卡斯数列。
如:F[1,4]n+F[1,3]n=F[2,7]n,F[1,4]n-F[1,3]n=F[0,1]n=F[1,1](n-1),
n12345678910…
F[1,4]n14591423376097157…
F[1,3]n13471118294776123…
F[1,4]n-F[1,3]n0112358132134…
F[1,4]n+F[1,3]n27916254166107173280…
②任何一个斐波那契—卢卡斯数列都可以由斐波那契数列的有限项之和获得,如
n12345678910…
F[1,1](n)11235813213455…
F[1,1](n-1)0112358132134…
F[1,1](n-1)0112358132134…
F[1,3]n13471118294776123…
黄金特征与孪生斐波那契—卢卡斯数列
斐波那契—卢卡斯数列的另一个共同性质:中间项的平方数与前后两项之积的差的绝对值是一个恒值,
斐波那契数列:|1*1-1*2|=|2*2-1*3|=|3*3-2*5|=|5*5-3*8|=|8*8-5*13|=…=1
卢卡斯数列:|3*3-1*4|=|4*4-3*7|=…=5
F[1,4]数列:|4*4-1*5|=11
F[2,5]数列:|5*5-2*7|=11
F[2,7]数列:|7*7-2*9|=31
斐波那契数列这个值是1最小,也就是前后项之比接近黄金比例最快,我们称为黄金特征,黄金特征1的数列只有斐波那契数列,是独生数列。卢卡斯数列的黄金特征是5,也是独生数列。前两项互质的独生数列只有斐波那契数列和卢卡斯数列这两个数列。
而F[1,4]与F[2,5]的黄金特征都是11,是孪生数列。F[2,7]也有孪生数列:F[3,8]。其他前两项互质的斐波那契—卢卡斯数列都是孪生数列,称为孪生斐波那契—卢卡斯数列。
广义斐波那契数列
斐波那契数列的黄金特征1,还让我们联想到佩尔数列:1,2,5,12,29,…,也有|2*2-1*5|=|5*5-2*12|=…=1(该类数列的这种特征值称为勾股特征)。
佩尔数列Pn的递推规则:P1=1,P2=2,Pn=P(n-2)+2P(n-1).
据此类推到所有根据前两项导出第三项的通用规则:f(n) = f(n-1) * p + f(n-2) * q,称为广义斐波那契数列。
当p=1,q=1时,我们得到斐波那契—卢卡斯数列。
当p=1,q=2时,我们得到佩尔—勾股弦数(跟边长为整数的直角三角形有关的数列集合)。
当p=-1,q=2时,我们得到等差数列。其中f1=1,f2=2时,我们得到自然数列1,2,3,4…。自然数列的特征就是每个数的平方与前后两数之积的差为1(等差数列的这种差值称为自然特征)。
具有类似黄金特征、勾股特征、自然特征的广义斐波那契数列p=±1。
当f1=1,f2=2,p=2,q=1时,我们得到等比数列1,2,4,8,16……
编辑本段相关数学1.排列组合
有一段楼梯有10级台阶,规定每一步只能跨一级或两级,要登上第10级台阶有几种不同的走法?
这就是一个斐波那契数列:登上第一级台阶有一种登法;登上两级台阶,有两种登法;登上三级台阶,有三种登法;登上四级台阶,有五种登法……
1,2,3,5,8,13……所以,登上十级,有89种走法。
类似的,一枚均匀的硬币掷10次,问不连续出现正面的可能情形有多少种?
答案是(1/√5)*{[(1+√5)/2]^(10+2) - [(1-√5)/2]^(10+2)}=144种。
2.数列中相邻两项的前项比后项的极限
当n趋于无穷大时,F(n)/F(n+1)的极限是多少?
这个可由它的通项公式直接得到,极限是(-1+√5)/2,这个就是黄金分割的数值,也是代表大自然的和谐的一个数字。
3.求递推数列a⑴=1,a(n+1)=1+1/a(n)的通项公式
由数学归纳法可以得到:a(n)=F(n+1)/F(n),将斐波那契数列的通项式代入,化简就得结果。
3.兔子繁殖问题(关于斐波那契数列的别名)
斐波那契数列又因数学家列昂纳多·斐波那契以兔子繁殖为例子而引入,故又称为“兔子数列”。
一般而言,兔子在出生两个月后,就有繁殖能力,一对兔子每个月能生出一对小兔子来。如果所有兔都不死,那么一年以后可以繁殖多少对兔子?
我们不妨拿新出生的一对小兔子分析一下:
第一个月小兔子没有繁殖能力,所以还是一对
两个月后,生下一对小兔民数共有两对
三个月以后,老兔子又生下一对,因为小兔子还没有繁殖能力,所以一共是三对
------
依次类推可以列出下表:
经过月数0123456789101112
幼仔对数101123581321345589
成兔对数01123581321345589144
总体对数1123581321345589144233
幼仔对数=前月成兔对数
成兔对数=前月成兔对数+前月幼仔对数
总体对数=本月成兔对数+本月幼仔对数
可以看出幼仔对数、成兔对数、总体对数都构成了一个数列。这个数列有关十分明显的特点,那是:前面相邻两项之和,构成了后一项。
这个数列是意大利中世纪数学家斐波那契在<;;算盘全书>;;中提出的,这个级数的通项公式,除了具有a(n+2)=an+a(n+1)的性质外,还可以证明通项公式为:an=(1/√5)*{[(1+√5)/2]^n-[(1-√5)/2]^n}(n=1,2,3.....)
`````
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第1个回答  2015-06-10
e^(πi)+1=0 欧拉公式 最漂亮的公式
142857 走马灯数
剩下的还有许多
数学的美其实无处不在本回答被提问者和网友采纳
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