한국   대만   중국   일본 
フィボナッチ? - Wikipedia コンテンツにスキップ

フィボナッチ?

出典: フリ?百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
フィボナッチ?を一?とする 正方形
ウィキペディア日本語版 メインペ?ジ 2007年 ? 2012年 )で使われていたイメ?ジ?像もフィボナッチ?列を利用していた [注? 1]

フィボナッチ? (フィボナッチすう、 : Fibonacci number )は、 イタリア の??者 レオナルド?フィボナッチ (ピサのレオナルド)に因んで名付けられた ? である。

?要 [ 編集 ]

フィボナッチ ?列 フィボナッチすうれつ : Fibonacci sequence ( F n ) は、次の 漸化式 で定義される:

F 0 = 0,
F 1 = 1,
F n +2 = F n + F n +1 ( n ≥ 0)

第0~22項の値は次の通りである:

0 , 1 , 1, 2 , 3 , 5 , 8 , 13 , 21 , 34 , 55 , 89 , 144 , 233 , 377 , 610 , 987 , 1597, 2584, 4181, 6765 , 10946, 17711, …( オンライン整?列大?典 の?列 A000045

1202年 にフィボナッチが?行した『 算盤の書 』(Liber Abaci) に記載されたことで「フィボナッチ?」と呼ばれているが、それ以前にも インド の?者である ヘ?マチャンドラ (Hemachandra) が 韻律 の?究により?見し、書物に記したことが判明している [1] [2]

兎の問題 [ 編集 ]

レオナルド?フィボナッチ は次の問題を考案した [3]

  • 1つがいの兎は、産まれて2か月後から?月1つがいずつの兎を産む。
  • 兎が死ぬことはない。
  • この?件の下で、産まれたばかりの1つがいの兎は1年の間に何つがいの兎になるか?

つがいの?は次の表のようになる。どの月のつがいの合計も、その前の2つの月での合計の和となり、フィボナッチ?が現れていることが分かる。

産まれたばかりのつがい 生後1か月のつがい 生後2か月以降のつがい つがいの?(合計)
0か月後 1 0 0 1
1か月後 0 1 0 1
2か月後 1 0 1 2
3か月後 1 1 1 3
4か月後 2 1 2 5
5か月後 3 2 3 8
6か月後 5 3 5 13
7か月後 8 5 8 21
8か月後 13 8 13 34
9か月後 21 13 21 55
10か月後 34 21 34 89
11か月後 55 34 55 144
12か月後 89 55 89 233

一般項 [ 編集 ]

フィボナッチ?列の一般項は次の式で表される [3]

この式は 1843年 ビネ ( Jacques Philippe Marie Binet ) が?表したことからビネの公式と呼ばれるが、それ以前の 1730年 ド?モアブル )? 1765年 オイラ? )にも?表されており、ビネは最初の?見者ではない。

なお、この式に現れる

?金? で、いくつかの??的特?がある。?金?を作る 二次方程式 x 2 x − 1 = 0 の解を α , β ( α > β ) とすると、上記の一般項は

と表せる。

また、一般項の第2項 の絶?値は減少列で、 n = 0 のとき より、第2項を切り捨てた式は F n の値を 0.447 以下( n > 4 のとき1%以下)の誤差で?える 近似式 である。

この誤差の絶?値は0.5未?なので、 F n の正確な整?値は以下の式で得られる [3]

ただし、 床?? である。

なお、後述の 負?番への?張 を考慮した場合、 n < 0 では逆に一般項の第1項の絶?値が0.5未?となるため、 n < 0 における F n の正確な整?値は以下の式で得られる。

これらのことから、任意の整? n における F n の正確な整?値は以下の式で得られる。

ただし、 sgn x 符??? である。

行列表現 [ 編集 ]

また、フィボナッチ?列の漸化式は次のように 行列 表現できる [3]

n 2n で置換すると、

よって、

母??

である。

性質 [ 編集 ]

フィボナッチ?列の隣接2項の商は ?金? φ に?束する。この性質は初期値 ( F 0 = 0, F 1 = 1 ) に依らない。

これは次のように導出される:

が?束するとすれば、
  • 自然? p , q 最大公約? r とすると、 F p F q の最大公約?は F r である。

これより以下を導くことができる。

  • m n で割り切れるならば、 F m F n で割り切れる。
  • 連?する2?は 互いに素 であることより、隣り合うフィボナッチ?も互いに素である。
  • F m 偶? となるのは m が 3 の倍?となるときと一致する。
  • F m が 5 の 倍? となるのは m が 5 の倍?となるときと一致する。
  • p が 2 でも 5 でもない 素? のとき、 m = p − (5/ p ) とおくと p F m を割り切る。ここで ( / ) ルジャンドル記? である。

フィボナッチ?の累和や累積について以下の式が成り立つ。

  • F 1 + F 2 + F 3 + … + F n = F n +2 − 1
  • F 1 + F 3 + F 5 + … + F 2 n −1 = F 2 n
  • F 2 + F 4 + F 6 + … + F 2 n = F 2 n +1 − 1
  • F 1 2 + F 2 2 + F 3 2 + … + F n 2 = F n F n +1
  • F n −1 F n +1 F n 2 = (−1) n

また、次の?係式が知られている。

フィボナッチ?のうち 平方? であるのは F 1 = F 2 = 1 , F 12 = 144 のみ (Cohn 1964) [4] 立方? であるのは F 1 = F 2 = 1 , F 6 = 8 のみ (London and Finkelstein 1969) [5] である。フィボナッチ?のうち 累?? であるのはこれしかない (Bugeaud, Mignotte, Siksek 2006) [6] 。( オンライン整?列大?典 の?列 A227875

フィボナッチ?で 素? であるのは 2 , 3 , 5 , 13 , 89 , 233 , 1597, 28657, … である( オンライン整?列大?典 の?列 A005478 )。また、これらは フィボナッチ素? と呼ばれる。

フィボナッチ?で 三角? であるのは 1 , 3 , 21 , 55 オンライン整?列大?典 の?列 A039595 )のみであることは Vern Hoggatt によって予想されていたが、のちに Luo Ming によって?明された [7]

フィボナッチ?で ハ?シャッド? であるのは 1 , 2 , 3 , 5 , 8 , 21 , 144 , 2584, …( オンライン整?列大?典 の?列 A117774 )。

フィボナッチ?は 完全? にはならない [8] 。より一般に、フィボナッチ?は 倍積完全? にもならず [9] 、2つのフィボナッチ?の商も完全?にはならない [10]

フィボナッチ?列の逆?和 は?束し、記? ψ で表される。

[11]

この ψ が無理?であることは?明されているが (Andre-Jeannin 1989)、 超越? であるかどうかは分かっていない。

任意の正の整?は、1つ以上の連?しない相異なるフィボナッチ?の和として一意に表すことができる( ゼッケンドルフの定理 )。

プログラミング言語での?? [ 編集 ]

再? 的?理の例としてよく紹介される。以下は Python での例。

ただし、下記??例の?、 #負?番への?張 に??しているのは例5?例6のみである。

例1(再?的?理による??例) [ 編集 ]

このプログラムでは、 n が?えられてから F n が求まるまでに 回の??呼び出しが?生する(すなわち 指?時間 の計算となる)ため、?用的ではない。したがって通常は、 線形時間 で計算するために メモ化 などの手法を用いる他、後述するように??な??例が?討されている。

def
 fibonacci
(
n
:
 int
)
 ->
 int
:

    if
 n
 in
 [
0
,
 1
]:

        return
 n

    else
:

        return
 fibonacci
(
n
=
n
-
2
)
 +
 fibonacci
(
n
=
n
-
1
)

例2(ル?プ?理による??例) [ 編集 ]

def
 fibonacci
(
n
:
 int
)
 ->
 int
:

    a
,
 b
 =
 1
,
 0

    for
 _
 in
 range
(
n
):

        a
,
 b
 =
 b
,
 a
+
b

    return
 b

例3(指???的なコ?ルを必要としない再?的?理による??例) [ 編集 ]

n が1以上の場合に第2?第3の引?を上記例2と同じ要領で順次更新していくことで、コ?ル回?を n 回に抑えられる?、線形時間で?理出?る。

def
 fibonacci
(
n
:
 int
,
 a
:
 int
 =
 1
,
 b
:
 int
 =
 0
)
 ->
 int
:

    if
 n
 ==
 0
:

        return
 b

    else
:

        return
 fibonacci
(
n
=
n
-
1
,
 a
=
b
,
 b
=
a
+
b
)

例4(??時間での再?的?理による??例) [ 編集 ]

#行列表現 で導出した 漸化式 を用いることで、再?的?理でも??時間で?理出?る。

(再?)
def
 fibonacci
(
n
:
 int
)
 ->
 int
:

    if
 n
 in
 [
0
,
 1
]:

        return
 n

    q
 =
 n
 //
 2

    fq
 =
 fibonacci
(
n
=
q
)

    if
 n
 %
 2
 ==
 0
:

        return
 (
2
 *
 fibonacci
(
n
=
q
-
1
)
 +
 fq
)
 *
 fq

    else
:

        return
 fq
 **
 2
 +
 fibonacci
(
n
=
q
+
1
)
 **
 2

例5(一般項による??例) [ 編集 ]

浮動小?点 型を使用すると 計算誤差 が?生する?、Decimal型を用いている。

from
 decimal
 import
 Decimal


SQRT5
 =
 5
 **
 Decimal
(
0.5
)

PHI
 =
 (
1
 +
 SQRT5
)
 /
 2
 # ?金?


def
 fibonacci
(
n
:
 int
)
 ->
 int
:

    return
 round
((
PHI
 **
 n
 -
 (
-
PHI
)
 **
 -
n
)
 /
 SQRT5
)

例6(行列表現での??例) [ 編集 ]

#行列表現 より再?)

より、 n n − 1 に置換すると、

?って、 F n は、上式右?(の具?的な計算値)の左上成分に等しい。

行列の冪 を簡潔に記述する?に SymPy を用いた [注? 2] [注? 3]

from
 sympy
 import
 Matrix


def
 fibonacci
(
n
:
 int
)
 ->
 int
:

    return
 (
Matrix
([[
1
,
 1
],
 [
1
,
 0
]])
 **
 (
n
 -
 1
))[
0
,
 0
]
 # 左上成分

その他の話題 [ 編集 ]

ヒマワリの種は螺旋?に?んでおり、螺旋の?を?えていくとフィボナッチ?が現れる [12]
  • フィボナッチ?は 自然 界の現象に?多く出現する。
  • また、フィボナッチ?列が生み出す螺旋は、世界で最も美しい螺旋だと言われている。

ヨハネス?ケプラ? は1611年に?表した小論文「深淵の贈り物あるいは六角形の雪について」において、フィボナッチ?を自己を?殖する比例と呼び、植物の種子の能力の現れであると論じた [13]

  • アブラナ ダイコン 花びら は4枚であり、 植物? では 花式? より3?性、4?性、5?性で分類される [15] [16]
  • 植物 ? に現れる 螺旋 の?もフィボナッチ?であることが多い。
    • ヒマワリ の螺旋の?はフィボナッチ?とされることもあるが、螺旋の?が多い場合、中心から離れると螺旋の隙間にも種ができてしまうため、途中から枝分かれしてフィボナッチ?にならないこともある [17]
  • パイナップル の螺旋の?は時計回りは13、反時計回りは8になっている。
  • 葉序 (植物の葉の付き方)はフィボナッチ?と?連している。(シンパ?=ブラウンの法則)
  • らせん葉序におけるシンパ??ブラウンの法則はフィボナッチ?列と?連するが、「近似値を示すにすぎず、またこれにあてはまらない例もある」(岩波生物??典)。
  • ハチ アリ など、オスに父親がない家系を?っていくとフィボナッチ?列が現れる(父母2匹、祖父母3匹、?祖父母5匹、高祖父母8匹…)。
  • n 段の階段を1段または2段ずつ登るときに、登る場合の?は F n +1 通りある。
  • ●と○を合わせて n 個?べる。●が2個以上?かないように一列に?べる方法は F n +2 通りある。
  • ?替 などの テクニカル分析 で、 フィボナッチ?リトレ?スメント という手法がよく使われている。

負?番への?張 [ 編集 ]

フィボナッチ?列は、 漸化式 F n = F n −1 + F n −2 を全ての整? n に?して適用することにより、 n が負の整?の場合に?張できる。そして F n = (−1) n +1 F n が成り立つ。この式より、負の番?の項は次のようになる。

n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
F n 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 1597 2584 4181 6765
F −n 0 1 −1 2 −3 5 −8 13 −21 34 −55 89 −144 233 −377 610 −987 1597 −2584 4181 −6765

類似の?列 [ 編集 ]

フィボナッチ?列の定義である初期値や漸化式をやや?更して、類似の?列が作れる。

項?の?更 [ 編集 ]

フィボナッチ?列は各項が先行する二項の和であるものであったが、それを「先行する k 項の和」と置き換えた一般化

を考えることができる。ただし、初期値は 1 で埋める(1-fil型)

あるいは 0 で埋める(0-fil型)

などを取るのが一般的である。これらフィボナッチ?列の類似物を、項? k に??するラテン語またはギリシャ語に由?する 倍?接頭? を「フィボナッチ」と組み合わせた名?で呼ぶ [注? 4]

和の項?や初期値の?更
k 接頭? [18] 名? 整?列大?典
3 tri- トリボナッチ? 0 fil: A000073
1 fil: A000213
4 tetra- テトラナッチ? 0 fil: A000078
1 fil: A000288
5 penta- ペンタナッチ? 0 fil: A001591
1 fil: A000322
6 hexa- ヘキサナッチ? 0 fil: A001592
1 fil: A000383
7 hepta- ヘプタナッチ? 0 fil: A122189
1 fil: A060455
8 octa- オクタナッチ? 0 fil: A079262
1 fil: A123526
9 nona- ノナ(ボ)ナッチ? 1 fil: A127193
10 deca- デカ(ボ)ナッチ? 1 fil: A127194
11 undeca- ウンデカ(ボ)ナッチ? 1 fil: A127624
12 dodeca- ドデカ(ボ)ナッチ? 1 fil: A207539
20 icosa- イコサナッチ? ?

トリボナッチ? [ 編集 ]

特に直前の三項の和として各項が定まるトリボナッチ?列は、フィボナッチ?列に次いでよく調べられている。0-fil型でオフセットが0番目からのものは

T 0 = T 1 = 0, T 2 = 1,
T n +3 = T n + T n +1 + T n +2 ( n ≥ 0)

と表される。第0~21項の値は次の通りである:

0, 0, 1, 1, 2, 4, 7, 13, 24, 44, 81, 149, 274, 504, 927, 1705, 3136, 5768, 10609, 19513, 35890, 66012, … ( OEIS A000073 )

トリボナッチ?列の一般項は次で表される。

ただし、 α , β , γ 三次方程式 x 3 x 2 x − 1 = 0 の3解

であり、ここで

1 の?立方根

である。

また、上記の α トリボナッチ定? という。これはフィボナッチ?列における?金?に?たる定?で、トリボナッチ?列の隣接2項間の商はトリボナッチ定?に?束する:

テトラナッチ? [ 編集 ]

直前の四項の和に?更したテトラナッチ?列も同?に??なことが知られている。同?にオフセット0番の 0-fil型は

T 0 = T 1 = T 2 = 0, T 3 = 1,
T n +4 = T n + T n +1 + T n +2 + T n +3 ( n ≥ 0)

と書けて、第0~21項の値は次の通りである:

0, 0, 0, 1, 1, 2, 4, 8, 15, 29, 56, 108, 208, 401, 773, 1490, 2872, 5536, 10671, 20569, 39648, 76424, … ( OEIS A000078 )

一般項は、 四次方程式 x 4 x 3 x 2 x − 1 = 0 の4解を α , β , γ , δ として、

となる。

初期値の?更 [ 編集 ]

リュカ? [ 編集 ]

フィボナッチ?列の最初の2項を 2, 1 に置き換えた?列の項を リュカ? という。

2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, 199, 322, 521, 843, 1364, 2207, 3571, 5778, … ( OEIS A000032 )

この?列の一般項は

と表される。

フィボナッチ?列やリュカ?の列を一般化したものが リュカ?列 であり、1878年に エドゥア?ル?リュカ が?系的な?究を行い、1913年に ロバ?ト?ダニエル?カ?マイケル 英語版 がその結果を整理、?張した [19] 。これらの?究が現代のフィボナッチ?の理論の基礎となった。

脚注 [ 編集 ]

注? [ 編集 ]

  1. ^ フィボナッチ?列を利用したこの ウィキペディア日本語版 のメインペ?ジの?像は、 利用者:Co.kyoto/メインペ?ジ 案中の「ウィキペディアにようこそ!」欄の左側に?載されていた。なお、現在ウィキペディア日本語版の メインペ?ジ で利用されている、「 Template:メインペ?ジ/ようこそ 」とは異なり、各テンプレ?トの集合で構成されているため、履?にはない。
  2. ^ SymPy は、フィボナッチ?を求める??を自前で持っているが、ここでは使ってない。
  3. ^ 計算速度は、 行列の冪 を計算する手法に依存する。幸いにして SymPy のそれは、素朴な方法(冪の?だけ行列を?算する)よりは速い。
  4. ^ ?然のことだが "Fibonacci" は人名であって、"fibo-" + "-nacci" や "fi-" + "-bonacci" という構成の合成語でもないし、もちろん "fi-" や "fibo-" が " 2 " の意味を持つわけでもない(ただし、摩擦音 f と破裂音 b が音韻的に近い?係にあることから 2 を表す "bi-" を "fi-" に結び付けての類推ではあるかもしれない)が、「フィボナッチ」の語を頭から適?な音節分だけ倍?を表す接頭?で置き換えるという、 冗談のような名付け になっている。

出典 [ 編集 ]

  1. ^ Parmanand Singh. "Acharya Hemachandra and the (so called) Fibonacci Numbers". Math. Ed. Siwan, 20(1) : pp. 28?30, 1986. ISSN 0047-6269.
  2. ^ Parmanand Singh, "The So-called Fibonacci numbers in ancient and medieval India." Historia Mathematica 12(3) , pp. 229?244, 1985.
  3. ^ a b c d ?村晴彦 『C言語による最新アルゴリズム事典』 技術評論社 、1991年、305頁。 ISBN   4-87408-414-1  
  4. ^ J. H. E. Cohn, On square Fibonacci numbers, J. London Math. Soc. 39 (1964), pp. 537?540.
  5. ^ London, Hymie; Finkelstein, Raphael (1969), “On Fibonacci and Lucas numbers which are perfect powers”, Fibonacci Quart. 7 (5): 476-481, Part1 , Part2 , Correction  
  6. ^ Yann Bugeaud, Maurice Mignotte, Samir Siksek, Classical and modular approaches to exponential Diophantine equations. I. Fibonacci and Lucas perfect powers. Ann. of Math. 163 (2006), pp. 969?1018. Yann Bugeaud, Publications, 2006.
  7. ^ Ming, Luo (1989), “On triangular Fibonacci numbers” , Fibonacci Quart. 27 (2): 98-108 , https://www.fq.math.ca/Scanned/27-2/ming.pdf  
  8. ^ Luca, Florian (2000). “Perfect Fibonacci and Lucas numbers”. Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo 49 (2): 313-318. doi : 10.1007/BF02904236 . ISSN   1973-4409 . MR 1765401 .  
  9. ^ Broughan, Kevin A.; Gonzalez, Marcos J.; Lewis, Ryan H.; Luca, Florian; Mejia Huguet, V. Janitzio; Togbe, Alain (2011). “There are no multiply-perfect Fibonacci numbers” . Integers 11a : A7. MR 2988067 . http://math.colgate.edu/~integers/vol11a.html .  
  10. ^ Luca, Florian; Mejia Huguet, V. Janitzio (2010). “On Perfect numbers which are ratios of two Fibonacci numbers” . Annales Mathematicae at Informaticae 37 : 107-124. ISSN   1787-6117 . MR 2753031 . https://ami.uni-eszterhazy.hu/index.php?vol=37 .  
  11. ^ Reciprocal Fibonacci Constant -- from Wolfram MathWorld
  12. ^ ???場の別名「ひまがり?場」の由?:??と ?金花『ひまわり』 ( PDF ) 愛媛?立丹原高等?校
  13. ^ ?本?美子 (1977). “???新年の贈り物あるいは六角形の雪について”. 知の考古? 第11? : 286ペ?ジ.  
  14. ^ 聖なる幾何? スティ?ヴン?スキナ?著 p.63「植物成長の幾何?」より??
  15. ^ 西山豊「花びらの?はフィボナッチ?列に落ち着くか?」『??文化』No. 39, p104, 2023.3
  16. ^ 西山豊「花びらの?はフィボナッチ?」は本?か?『大阪?大論集』Vol.74, No.6, 125-139, 2024.3
  17. ^ 第14回:全ての植物をフィボナッチの呪いから救い出す (こんどうしげるの生命科?の明日はどっちだ!?)
  18. ^ より多くは、例えば [1] などを見よ
  19. ^ R. D. Carmichael, On the numerical factors of the arithmetic forms α  n ± β  n , Ann. of Math. 15 (1913), pp.30?70, doi : 10.2307/1967797 .

?考文? [ 編集 ]

  • 佐藤修一 『自然にひそむ??―自然と??の不思議な?係』 講談社 〈ブル?バックス B-1201〉、1998年1月20日。 ISBN   4-06-257201-X  
  • 中村滋 『フィボナッチ?の小宇宙(ミクロコスモス)―フィボナッチ?、リュカ?、?金分割』 日本評論社 、2002年9月。 ISBN   4-535-78281-4  
    • 中村滋『フィボナッチ?の小宇宙(ミクロコスモス)―フィボナッチ?、リュカ?、?金分割』(改訂版)日本評論社、2008年1月。 ISBN   978-4-535-78492-5  
  • 中村滋「日本フィボナッチ協?の20年」『??セミナ?』第57?第8?、日本評論社、2018年8月、48-53頁。  
  • Arakelian, Hrant (2014) (ロシア語), Mathematics and History of the Golden Section , Logos, ISBN   978-5-98704-663-0  
  • Dunlap, Richard A. (1997-12-17), The Golden Ratio and Fibonacci Numbers , World Scientific Pub. Co. Inc., ISBN   978-981-02-3264-1  
  • Koshy, Thomas (2017-12-04), Fibonacci and Lucas Numbers with Applications , Pure and Applied Mathematics: A Wiley Series of Texts, Monographs and Tracts, Volume 1 (2nd ed.), Wiley, ISBN   978-1-118-74212-9  
  • Koshy, Thomas (2019-01-07), Fibonacci and Lucas Numbers with Applications , Pure and Applied Mathematics: A Wiley Series of Texts, Monographs and Tracts, Volume 2 (2nd ed.), Wiley, ISBN   978-1-118-74208-2  
  • Leonardo Pisano Fibonacci L. E. Sigler? (1987-02-11), The Book of Squares , Academic Press, ISBN   978-0-12-643130-8   - 『 平方の書 』の英?。
  • Sigler, Laurence (2003-11-11), Fibonacci's Liber Abaci: A Translation into Modern English of Leonardo Pisano's Book of Calculation , Sources and Studies in the History of Mathematics and Physical Sciences, Springer-Verlag, ISBN   978-0-387-40737-1   - 『 算盤の書 』の英?。

?連項目 [ 編集 ]

外部リンク [ 編集 ]