斐波那契数列通项公式推导及其类似构造共轭公式反求递推式

一、斐波那契数列通项公式推导

我们知道斐波那契数列递推公式

f n = f n 1 + f n 2 ( n 2 )

f n f n 1 f n 2 = 0

求解这个递推关系的一种方法是寻找形式为

f n = q n
的解

因此得到

q n q n 1 q n 2 = 0

q n 2 ( q 2 q 1 ) = 0

所以我们求解

q 2 q 1 = 0
的解

发现方程的根为

q 1 = 1 + 5 2 , q 2 = 1 5 2

因此

f n = ( 1 + 5 2 ) n , f n = ( 1 5 2 ) n

两者都为斐波那契递推关系的解。

因为非波那契递推关系是线性的且齐次,所以对于任选常数 c 1 , c 2

f n = c 1 ( 1 + 5 2 ) n + c 2 ( 1 5 2 ) n

因为我们知道任意 f n n

{   ( n = 0 )     c 1 + c 2 = 0   ( n = 1 )     c 1 ( 1 + 5 2 ) + c 2 ( 1 5 2 ) = 1

解得

c 1 = 1 5 , c 2 = 1 5

综上所述:

非波那契数满足公式

f n = 1 5 ( 1 + 5 2 ) n 1 5 ( 1 5 2 ) n


二、构造共轭公式并反求递推关系

为什么要讲这个东西呢

因为最近做到了几个题,涉及到求解含有根号的多项式的高次幂

即求解形式

( a + b ) n

对于这样的题目的求解,我们必然要联想非波那契通项公式

因此我们会构造数列

f n = ( a + b ) n + ( a b ) n

类似于非波那契通项公式对吧

那么这个数列怎么求呢,我们要是知道递推关系就好了

所以下面说一下怎么求出递推关系

其实看了上面非波那契数列通项公式的推导过程大家就明白了,就是上面的过程倒着来一边嘛

我们设的推关系满足形式:

f n = p f n 1 + q f n 2

类比上面推导过程相当于我们已经知道了方程

f 2 p f q = 0

的两个解
f 1 = a + b , f 2 = a b

所以带入求解p,q即可

最终得到:

{   p = 2 a   q = b a 2

因此我们得到了递推式

f n = 2 a f n 1 + ( b a 2 ) f n 2

对于这样递推式的求解对于取模的情况,我们可以尝试打表看看取模有没有循环节,如果发现有那就可以直接线性预处理出循环节长度即可,否则用矩阵快速幂,可以解决所有递推式的快速求解

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