Fibonacciren zenbakiak

Matematikan, Fibonacciren zenbakiek, zeinak  bezala adierazten baitira, segida matematiko bat osatzen dute. Segida horri Fibonacciren segida deritzogu. Fibonacciren segida, segida errepikari bat da, hau da, segidako gai bakoitzaren balioa aurrekoen menpe egongo da. Ondorengoa da Fibonacciren segidaren adierazpen orokorra:

Alegia, hasierako bi balioen ondoren, gai bakoitzaren balioa aurreko bien batura izango da.

Fibonacciren segidako lehenengo gaien balioak honako hauek dira:

Fibonacciren segidaren jatorrizko definizioan, Fibonaccik ez zuen kontuan hartu  terminoa eta zuzenean  eta  zenbakiak definitu zituen segidaren lehenengo eta bigarren termino gisa, hurrenez hurren. Fibonacciren zenbakiak estuki erlazionaturik daude urrezko zenbakiarekin: Bineten formulak n-garren Fibonacciren zenbakia n zenbakiaren eta urrezko zenbakiaren funtzioan adierazten du. Artikuluan aurrerago ikusiko dugun bezala, Bineten formulari esker, Fibonacciren ondoz-ondoko bi zenbakien arteko zatidura urrezko zenbakira gerturatzen dela ondoriozta daiteke, n-ren balioa handitzen doan heinean.

Fibonacciren zenbakiak Pisako Leonardo (Fibonacci bezala ere ezaguna zen) matematikari italiarraren omenez deitzen dira. 1202. urtean argitaratu zuen idazlanari esker, Liber Abaci, Fibonaccik bere segida mendebaldeko europako matematikan uztartu ahal izan zuen. Nolanahi ere, komenigarria da aipatzea ordurako segida hori matematikari indiar batzuek deskribatu zutela (K.a. 200. urtean).

Fibonacciren zenbakiak ustekabean agertzen dira lotura zuzen bat ez duten matematikako leku ezberdinetan (adibidez, Pascalen hirukian). Hain sarritan agertzen dira matematikan, ezen zenbaki hauek aztertzeaz arduratzen den ikerketa talde bat existitzen baita, Fibonacci Quarterly bezala ere ezaguna.

Fibonacciren zenbakien aplikazio ezberdinen artean, esate baterako, ordenagailuentzako algoritmoen diseinua aipa daiteke. Algoritmo horien adibide esanguratsu batzuk izan daitezke Fibonacciren bilaketa teknika eta Fibonacciren pilaketa informazio egituratzeko teknikak, edota Fibonacciren kuboak deituriko grafoak, zeinen helburua paraleloak eta banatuak dauden sistemak interkonektatzea den.

Fibonacciren zenbakiak sarritan agertzen dira kontestu biologikoetan. Zuhaitz baten adarren sorkuntzan, landare bateko hostoen antolaketan edota orburu baten loraldian, besteak beste. Keplerrek berak baieztatu zuen Fibonacciren zenbakien presentzia naturan handia dela eta hori bera erabili zuen lore batzuek duten forma pentagonala azaltzeko.

Erlazioak urrezko zenbakiarekin

Segidaren forma esplizitua 
Koefiziente konstanteko errekurtsio linealetan gertatzen den antzera, Fibonacciren segida formula esplizitu baten bidez defini daiteke. Fibonacciren segidaren kasurako, formula hori Bineten Formula bezala ere ezaguna da. Formula hori aztertu zuten lehengoak Abraham de Moivre eta Daniel Bernoulli izan baziren ere, Jacques Philippe Marie Binet matematikari frantsesaren omenez izendatu zen formula.

 non  urrezko zenbakia den.

 da.

 betzen denez, formula hori honela berridaz daiteke:

Propietate hori egiaztatzeko, ohartu  eta  ondorengo ekuazioen soluzioak direla:

 eta  

Horrenbestez,  eta  konstanteek, Fibonacciren errekurtsioa betetzen dute.

Beste hitz batzuetan esanda,  eta  betetzen da 

Berehala ikus daiteke  eta  zenbakien edozein baliorentzat  segidak errekurtsio bera betetzen du.

Baldin eta  eta -ren balioak  eta  betetzeko hautatzen badira, orduan  segida erresultanteak Fibonacciren segida izango da. 

Aurreko baldintza ezartzea eta ondorengo ekuazio-sistema planteatzea baliokideak izango dira: 

Eta beraz, bilatzen ari ginen formula topatuko dugu. Hasierako balioak   eta  hartuz, soluzio orokorrago bat honakoa da:

  non    eta

Ondoz-ondoko gaien arteko zatiduraren limitea 
Johannes Keplerrek Fibonacciren segidako ondoz-ondoko bi gaien arteko zatiduraren limitea konbergentea zela ikusteaz ez ezik, zatidura horiek guztiak limitean urrezko zenbakira hurbiltzen zirela ikusi zuen:  Limitearen konbergentzia ez da segidako lehenengo gaien balioen araberakoa, segidako lehenengo bi balioak 0 hartzen ditugunean salbu. Proposizio hori Bineten formula erabiliz egiazta daiteke erraz.

Esate baterako, segidako lehenengo bi gai gisa  eta  balioak hartuz gero, ondorengo segida sortzen da: 

Segidako ondoz-ondoko bi gaien arteko zatidura urrezko zenbakira gerturatzen da limitean.

Maila goragoko berreturen deskonposaketa 
Urrezko zenbakiak ondorengo ekuazioa betetzen duenez, 

Espresio hori   gisako berreturak maila beheragokoen konbinazio-lineal baten gisa adierazteko. atera daitekeen erlazio errekurtsiboak Fibonacciren zenbakiak ondorengo espresioaren bidez . Ekuazio hori,  matematikoa erabiliz froga daiteke:

bidezko froga:  kasuaren egiaztapena:  

Demagun egia dela    kasurako:  

 kasuaren froga: 

  

Adierazpen hori egia da baita ere n<1 Fibonacciren segida  balio negatiboetara orokortu daiteke, oinarrizko araua erabiliz:

Forma matriziala 
Fibonacciren segida deskribatzen duen 2 dimentsioko diferentzia ekuazioen sistema bat honakoa da:

 Honela ere berridatzi daiteke ekuazioa: 

zeinaren bidez  ondoriozta daitekeen. Matrizearen balio propioak  eta 

 eta  Hasierako balioa honakoa denez, 

Emaitza horri esker, berehala lor daiteke n-garren Fibonacciren zenbakia kalkulatzeko adierazpen esplizitu bat:

Fibonacciren zenbakien identifikazioa 
Fibonacciren zenbakien inguruan ondorengo galdera egin diezaiokegu geure buruari: nola determina daiteke ea  zenbaki oso eta positibo bat Fibonacciren zenbaki bat ote den? Hori egia izateko beharrezko baldintza eta nahikoa da  edo  karratu perfektu bat izatea.

Baldintza hori arrazoia da Bineten formula modu honetan birformula daitekeela: 

Goiko formulak Fibonacciren zenbaki baten posizioa zehazteko lagungarria gerta dakiguke.

Ohartu formula horrek osoak itzuli behar ditu n-ren balio guztientzat logaritmoak zenbaki oso bat itzul dezan.

Konbinatoriako identitateak

Indukzio bidezko frogak 
Fibonacciren identitateak, oro har, oso erraz froga daitezke  matematikoa erabiliz.

Adibidez, har dezagun ondorengo berdintza: 

Ekuazioaren bi aldeetan  batuz gero,  lortuko dugu. Beraz, formula bat lortuko dugu  kasurako:

 Era berean,  batzen badugu  ekuazioaren bi aldeetan ondorengoak lortuko ditugu:

Bineten formula eta bere frogak 
Bineten fomularen arabera,  

Identitate hori Fibonacciren identiteak frogatzeko erabili ohi da. Esate baterako, ondorengo identitatea formula horre bidez froga daiteke.

  

Behar den bezala  eta  identitateak erabiliz, goiko ekuazioa sinplifikatu dugu.

Bestelako identitateak 
Beste eratako identitate asko metodo ezberdinak erabiliz ondoriozta daitezke. Hemen ditugu horietako zenbait adibide:

Cassini eta Catalanen identitateak 
Cassiniren identitateak baieztatzen duena da: 

Era berean, ekuazio hori determinante bat bezala adieraz daiteke: 

Catalanen identitatea aurrekoaren orokorpen bat da:

d'Ocagneren identitatea 

 non  Lucasen n-garren gaia den.

Azken identitatea n bikoizteko formula bat da; mota honetako beste identiate batzuk honakoak dira:

Cassiniren identitateari esker, berehala ondoriozta daitezke

Bada identitate bat aurrekoak baino are orokorragoa dena:

, edo bestela,

Formulan m=2 balioa ordezkatuz gero, ez da zaila ikustea goiko ataleko amaierako formulen forma matriziala lortzen dela.

Funtzio sortzailea 
Fibonacciren segidaren funtzio sortzailea ondorengo berretura seriea da:

Serie hori konbergentea da  balio guztietarako, eta bere baturak forma esplizitu sinple bat du: 

Berdintza hori Fibonacciren errekurtsioa erabiliz froga daiteke serieko koefiziente guztiak garatzeko.

Ekuazioan  bakanduz gero,  adierazpena lor daiteke.

Bestalde,  adierazpenak negafibonacciren zenbakien balioak kalkulatzeko balioa du eta honako ekuazio funtzionala betetzen du:

 Zatiki bakunen bidezko deskonposizioaren adierazpena honakoa da:

 non  eta  diren.

Zenbaki lehenak eta zatigarritasuna

Zatigarritasunaren inguruko propietateak 
Fibonaccien segidako bikoitia da eta, are gehiago, segidako k-garren edozein zenbaki  zenbakiaren multiplo bat da. Ondorioz, Fibonacciren segida segida zatigarri baten adibide garbi bat izan daiteke. Fibonacciren segidak ondorengo zatigarritasun propietate sendoago bat betetzen du:  non ,  eta -ren zatiki komunik handiena den.

Ondoz-ondoko hiru Fibonacciren zenbaki hartuz gero, binaka lehenak izango dira elkarrekiko.

Ondorioz, 

 zenbaki lehen orok  balioarekin determinatzen den Fibonacciren edozein zenbaki zati dezake. Baldin eta 1 edo 4 zenbakien baliokidea bada (mod 5), orduan  lehenak  zenbakia zatitzen du. Are gehiago,  zenbakia 2 edo 3 zenbakien baliokidea bada (mod 5), orduan  lehenak  zatitzen du. Geratzen den kasu bakarra da  (mod 5), eta kasu honetan  lehenak  zatitzen du.

Kasu horiek guztiak kasu bakar batean laburbildu daitezke, Legendreren ikurra erabiliz:

Zenbaki bat lehena den determinatzeko irizpidea 
Arestian ondorioztatu dugun formula zenbaki bat lehena ote den determinatzeko irizpide gisa aplika dezakegu.  betetzen bada,

non Legendreren ikurra Jacobiren ikur batekin ordezkatu den, orduan n zenbaki lehen bat dela ondoriozta daiteke. Ordea, aurreko baldintza bete ezean, berehala ondorioztatuko dugu n ez dela zenbaki lehen bat. Baldin eta n zenbaki konposatu bat bada eta formula betetzen badu, orduan n Fibonacciren pseudolehen bat izango da. m zenbakia oso handia bada (adibidez, 500-bit tamainako zenbaki bat) orduan  (mod n) balioa kalkula daiteke honako forma matriziala erabiliz:

Hemen,  matrizearen berretura berretura modularraren bidez kalkulatzen da, zeina matrizeentrat egokitu daitekeen.

Fibonacciren zenbaki lehenak 
Fibonacciren zenbaki lehenak, Fibonacciren zenbakiak izateaz ez ezik, lehenak diren zenbakiak dira. Ondorengoak dira lehen Fibonacciren zenbaki lehenak:  Orain arte milaka zifratako Fibonacciren zenbaki lehenak topatu badira ere, oraindik ez da frogatu ea mota horretako zenbakien kopurua infinitua ote den.

 zenbakiak  zati dezake, beraz,  kasuaz gainera, Fibonacciren edozein zenbaki lehenak indize lehen bat izan behar du. Ez da existitzen  baino handiagoa den Fibonacciren zenbakirik, non zenbaki hori lehen bat baino unitate bat handiagoa edo txikiagoa den. Fibonacciren Fibonacciren zenbakien artean karratu ez-tribial bat den zenbaki bakarra 144 zenbakia da.

Attila Pethok 2001. urtean frogatu zuen berretura perfektu bat bezala adieraz daitezkeen Fibonacci zenbakien kopurua finitua dela eta 2006. urtean Y. Bugeaud, M. Mignotte eta S. Siksek frogatu zuten 8 eta 144 zenbakiak direla existitzen diren mota horretako zenbaki bakarrak. Ez da existitzen karratu perfektu bat den Fibonacciren zenbakirik. Orokorrago esanda, ez da existitzen Fibonacciren zenbaki lehenik (1 zenbakia izan ezik). Are gehiago, edozein bi Fibonacciren zenbaki hartuz gero, beren arteko zatiketa ezin daiteke inoiz izan karratu perfektu bat.

Orokortzeak 
Fibonacciren segida antzinatik ezagutzen den segida errepikaririk ospetsuenetako bat da. Segida horiek guztiak Fibonacciren segidaren generalizazio batzuk direla esan daiteke. Partikularki, Bineten formula edozein diferentzia ekuazio koefiziente konstanteekin. Partikularki, Bineten formula edozein segidatara orokortu daiteke diferentzia ekuazio lineal eta homogeneo baten soluzioak aurkitzeko.

Adibide espezifiko batzuk ondorengoak ondorengoak izan daitezke:

 Indizearen balioak zenbaki negatibotara generalizatzea negafibonacciren zenbakiak definitzeko.
 Indizearen balioak zenbaki errealetara generalizatzea Bineten formularen modifikazio bat baliatuz.
 Beste zenbaki arrunta batzuetatik hasita. Lucasen zenbakiak honela definitzen dira:  eta  zenbaki arrunta guztietarako. Primefree-ren segidak Fibonacciren zenbaki segidaren errekurtsioa erabiltzen du hasierako beste balio batzuk hartuz, zenbaki konposatuak itzuliko dituzten bestelako zenbaki segindak definitzeko.
 Batzen diren gaiak aurreko biak izan gabe. Padovanen segida eta Perrinen zenbakiek zenbakiek dute: 
 Hurrengo zenbakia zehaztu 3 zenbaki batuz (tribonacciren zenbakiak), 4 zenbaki (tetranacciren zenbakiak), etab. Zenbaki-segida erresultante horiek n-urratseko Fibonacciren zenbakiak bezala ere ezagutzen dira. Zenbaki segida hauek estuki erlazionaturik daude zenbaki metalikoekin. Modu honetan adieraz daiteke zenbaki metalikoen multzoa:

Erreferentziak

Ohin-oharrak 
^ "For four, variations of meters of two [and] three being mixed, five happens. For five, variations of two earlier – three [and] four, being mixed, eight is obtained. In this way, for six, [variations] of four [and] of five being mixed, thirteen happens. And like that, variations of two earlier meters being mixed, seven morae [is] twenty-one. In this way, the process should be followed in all mātrā-vṛttas"

Aipamen esanguratsu batzuk 

 Ball, Keith M (2003), "8: Fibonacci's Rabbits Revisited", Strange Curves, Counting Rabbits, and Other Mathematical Explorations, Princeton, NJ: Princeton University Press, .
 Beck, Matthias; Geoghegan, Ross (2010), The Art of Proof: Basic Training for Deeper Mathematics, New York: Springer, .
 Bóna, Miklós (2011), A Walk Through Combinatorics (3rd ed.), New Jersey: World Scientific, .
 Bóna, Miklós (2016), A Walk Through Combinatorics (4th Revised ed.), New Jersey: World Scientific, .
 Borwein, Jonathan M.; Borwein, Peter B. (July 1998), Pi and the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity, Wiley, pp. 91–101, .
 Lemmermeyer, Franz (2000), Reciprocity Laws: From Euler to Eisenstein, Springer Monographs in Mathematics, New York: Springer, .
 Livio, Mario (2003) [2002]. The Golden Ratio: The Story of Phi, the World's Most Astonishing Number (First trade paperback ed.). New York City: Broadway Books. .
 Lucas, Édouard (1891), Théorie des nombres (in French), 1, Paris: Gauthier-Villars, https://books.google.com/books?id=_hsPAAAAIAAJ.
 Pisano, Leonardo (2002), Fibonacci's Liber Abaci: A Translation into Modern English of the Book of Calculation, Sources and Studies in the History of Mathematics and Physical Sciences, Sigler, Laurence E, trans, Springer, .

Ikus, gainera 
 Fibonacciren segida

Kanpo estekak 
 Periods of Fibonacci Sequences Mod m at MathPages
 Scientists find clues to the formation of Fibonacci spirals in nature
 Fibonacci Sequence on In Our Time at the BBC
 "Fibonacci numbers", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press, 2001 [1994]
 OEIS sequence A000045 (Fibonacci numbers)

Segida eta serie matematikoak