Fibonius Recursion 3D50Ba
1. مسئله: استفاده از روش فیبونیوس و معادله مفسر برای حل یک مسئله ریاضی.
2. روش فیبونیوس: دنباله فیبونیوس به صورت زیر تعریف میشود:
$$F_0=0, F_1=1, \quad \text{و} \quad F_n=F_{n-1}+F_{n-2} \quad \text{برای} \quad n\geq 2$$
این دنباله هر عدد را به صورت جمع دو عدد قبلی خود تعریف میکند.
3. معادله مفسر (معادله بازگشتی): معادلهای است که مقدار یک جمله را بر اساس جملات قبلی تعریف میکند. در دنباله فیبونیوس، معادله مفسر به شکل:
$$F_n=F_{n-1}+F_{n-2}$$
است.
4. برای حل این معادله، میتوان از روشهای مختلفی مانند روش حل معادلات بازگشتی خطی استفاده کرد. ابتدا فرض میکنیم:
$$F_n=r^n$$
و معادله مفسر را جایگزین میکنیم:
$$r^n=r^{n-1}+r^{n-2}$$
که به معادله مشخصه زیر میرسیم:
$$r^2=r+1$$
یا
$$r^2 - r - 1=0$$
5. حل معادله درجه دوم:
$$r=\frac{1 \pm \sqrt{1+4}}{2}=\frac{1 \pm \sqrt{5}}{2}$$
دو ریشه داریم:
$$r_1=\frac{1+\sqrt{5}}{2}, \quad r_2=\frac{1-\sqrt{5}}{2}$$
6. جواب کلی معادله مفسر به صورت ترکیب خطی ریشهها است:
$$F_n=A r_1^n + B r_2^n$$
که ضرایب $A$ و $B$ با استفاده از شرایط اولیه تعیین میشوند:
$$F_0=0=A+B$$
$$F_1=1=A r_1 + B r_2$$
7. حل دستگاه معادلات:
از $A+B=0$ داریم $B=-A$
جایگذاری در معادله دوم:
$$1=A r_1 - A r_2 = A(r_1 - r_2)$$
پس:
$$A=\frac{1}{r_1 - r_2}$$
و
$$B=-\frac{1}{r_1 - r_2}$$
8. نتیجه نهایی:
$$F_n=\frac{1}{\sqrt{5}}\left(\left(\frac{1+\sqrt{5}}{2}\right)^n - \left(\frac{1-\sqrt{5}}{2}\right)^n\right)$$
این فرمول به نام فرمول بینه شناخته میشود و مقدار جمله $n$ام دنباله فیبونیوس را به صورت مستقیم محاسبه میکند.