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斐波那契数列与矩阵
1、斐波那契的兔子繁殖问题 (2) 文献综述 矩阵A的特征方程为: 则 则 (4) 斐氏数列的广泛应用 树枝的繁衍方式遵循斐氏数列 自然界中的斐波那契螺旋 自然界中的斐波那契螺旋 自然界中的斐波那契螺旋 (5) 斐氏数列与黄金分割 一、矩阵的对角化 1、定义 2、条件 A有n个线性无关的特征向量 3、方法 求P与 使 4、性质 若 则 从而 A与对角阵相似称A可对角化 二、应用实例选讲 Leonardo Fibonacci 约1170~1250 (1) 问题的提出 如果一对兔子出生两个月后开始繁殖,每个月恰好生出一对后代。现在有一对新生兔子,假定兔子只繁殖,没有死亡,问每月月初会有多少对兔子? 月份 兔子数(对) 3 4 5 2 1 1 2 1 3 5 … 6 7 … 8 13 … … … … … … … … … … … … : 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233 …… 斐波那契数列,简称斐氏数列 De Moivre 1667 ~ 1754 Binet 比内公式 十九世纪初,法国数学家比内首先证 明这一表达式,现在称之为 1730年法国数学家棣莫弗给出其通 项表达式: 设 第k月初两部分兔子的对数分别为: —不能生育的新生兔子 —能生育的成熟兔子 (3) 推导斐波那契数列通项 建立兔子种群繁殖模型 1 则 第一个月 第k+1月初的兔子 对数是多少? 月份 兔子数(对) 1 2 3 4 5 2 1 1 3 5 … 6 7 … 8 13 … … … … … … … … … … … … : 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233 …… (3) 推导斐波那契数列通项 建立矩阵形式的模型 2 令 第k+1月初矩阵形式关系式: 递推 建立矩阵形式的模型 2 而 得 要得到第k+1月初兔子的对数,只需求出 A的两个特征向量 A的两个特征值 则 A的两个特征向量 A的两个特征值 其中 求 已知 由矩阵对角化理论只需将A化成 3 利用矩阵对角化求解模型 3 求得特征值及相应的特征向量为: , , = = 0 求A的特征值及特征向量 以 为列向量构造矩阵P 以 为对角元素构造矩阵 = 从而 再由 及 第k+1个月兔子的对数为: = 从而斐波那契数列通项为: 1 2 3 4 5 1 1 2 3 5 年 份 分枝数 … … … : 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233 …… 具有13条顺时针旋转和21条逆时针旋转的螺旋 蓟 : 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233 …… 具有5条顺时针旋转和8条逆时针旋转的螺旋 菜花 : 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233 …… 松果 2 3 5 取斐氏数列中相邻的数字作螺旋 8 13 0.667 0.6 0.625 0.615 0.619 0.618 0.5 2 3 5 8 13
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