数学实验

田颢

目录

  • 1 第1章 课程概论
    • 1.1 数学实验课程概论
    • 1.2 为什么要学习数学实验课程
    • 1.3 如何学习数学实验课程
    • 1.4 数学实验课程与其他课程的关系
    • 1.5 课程教材简介
    • 1.6 参考书目
  • 2 第二章 MATLAB软件概览
    • 2.1 第一课: MATLAB简介
    • 2.2 第二课:MATLAB的安装与启动
    • 2.3 第三课 常用命令与技巧
    • 2.4 第四课 程序设计基础
  • 3 第三章 微积分实验
    • 3.1 第一课 函数的图像
    • 3.2 第二课 极限的计算
    • 3.3 第三课 导数
    • 3.4 第四课 积分
    • 3.5 第五课 级数
    • 3.6 第六课 微分方程
  • 4 第四章 线性代数实验
    • 4.1 第一课 多项式的计算
    • 4.2 第二课 矩阵计算
    • 4.3 第三课 线性方程
  • 5 第五章 概率统计实验
    • 5.1 第一课 统计数据
    • 5.2 第二课 参数估计
    • 5.3 第三课 随机模拟
  • 6 第六章 综合实验
    • 6.1 第一课 二分法
    • 6.2 第二课 斐波那契序列
    • 6.3 第三课 数独游戏问题
第二课 斐波那契序列

兔子数问题

学会用MATLAB编写含递推关系的程序.

##  1 斐波那契数

斐波那契数列的定义者,是意大利数学家列昂纳多•斐波那契(Leonardo Fibonacci),生于公元1170年,卒于1250年,籍贯是比萨。他被人称作“比萨的列昂纳多”。1202年,他撰写了《算盘全书》(Liber Abacci)一书。他是第一个研究了印度和阿拉伯数学理论的欧洲人。他的父亲被比萨的一家商业团体聘任为外交领事,派驻地点相当于今日的阿尔及利亚地区,列昂纳多因此得以在一个阿拉伯老师的指导下研究数学。他还曾在埃及、叙利亚、希腊、西西里和普罗旺斯等地研究数学。

斐波那契数列指的是这样一个数列 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233,377,610,987,1597,2584,4181,6765,10946,17711,28657,46368...

这个数列从第3项开始,每一项都等于前两项之和。

一般地,设 月末有 对兔子.注意到当月末的兔子数等于上月末的兔子数与本月末新兔子数之和,而本月末新兔子数等于前个月末的兔子数,于是有递推关系

记当月初的兔子数为 ,月末兔子数为,第二个月末兔子数为,按递推关系可得各月末的兔子对数如下:

月份n     0     1     2     3     4     5     6     7     8     9     10     11     12     13     …  
兔子数Fn     1     1     2     3     5     8     13     21     34     55     89     144     233     377     …  

  兔子数数列称为斐波那契(Fibonacci)数列,斐波那契数列中的每一项都称作斐波那契数.

斐波那契数与植物的关系十分密切,几乎所有花朵的花瓣数都是斐波那契数;菠萝表皮方形鳞苞形成两组旋向相反的螺线,它们的条数是相邻的两个斐波那契数(如左旋8行,右旋13行),…….

斐波那契数在日常生活中也有体现,假如上楼梯每一步可以跨1级或2级台阶,则登上第n级台阶的方式数就是斐波那契数Fn.

斐波那契数列有许多奇妙的性质,有兴趣的读者可以利用MATLAB编程验证:

性质1 

性质2 

性质3 

性质4 

性质7 

22.2 实验内容

【例1】 编写一个能产生斐波那契数的程序,问第50个月末会有几对兔子?

解 根据斐波那契数的递推关系FkFk-1+Fk-2,容易编写一个生成斐波那契数的程序(因为MATLAB中数组下标总是从1开始,所以这里也从F1=1,F2=2开始,略去F0=1):

  format long
F=[1,2];
for k=3:50
   F(k)=F(k-1)+F(k-2);
end

F(50)

ans =2.036501107400000e+10

即第50个月后将有20 365 011 074(200多亿)对兔子!

注意到

或转置变为

生成斐波那契数的程序也可以如下编写:

  format  long
A=[1 1;1 0];
F=[1,2];
for k=3:50
   F([k,k-1])=F([k-1,k-2])*A;
end

F(50)=2.036501107400000e+10

虽然效率不高,但它是斐波那契数列递推关系的矩阵表示形式.

斐波那契数列有关的数学甚至科学问题有许多有意思的研究,感兴趣的读者可以参阅下面

TED中关于斐波那契数列的著名演讲.


大自然中神奇的斐波那契数列,隐藏着宇宙万物形成的真谛