结论
- Sn=Fn+2−1
正文
斐波那契数列
F1=1,F2=1,对满足 n≥3 的 n 而言, Fn=Fn−1+Fn−2。满足这样的规则的数列,我们称其为斐波那契数列。
简单的分析
对比较小的 n 来说, Fn 以及前 n 项和 Sn 的值列举如下 ⬇️
| n | Fn | Sn |
|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 |
| 2 | 1 | 2 |
| 3 | 2 | 4 |
| 4 | 3 | 7 |
| 5 | 5 | 12 |
| 6 | 8 | 20 |
| 7 | 13 | 33 |
| 8 | 21 | 54 |
| 9 | 34 | 88 |
| 10 | 55 | 143 |
| 11 | 89 | 232 |
| 12 | 144 | 376 |
| 13 | 233 | 609 |
| 14 | 377 | 986 |
| 15 | 610 | 1596 |
| 16 | 987 | 2583 |
| 17 | 1597 | 4180 |
| 18 | 2584 | 6764 |
| 19 | 4181 | 10945 |
| 20 | 6765 | 17710 |
生成上方表格的 Python3 代码如下 ⬇️
python
print(r'| $n$ | $F_n$ | $S_n$ |')
print('| --- | --- | --- | ')
curr = 1
next = 1
sum = 0
for i in range(1, 21):
sum += curr
print(f'| ${i}$ | ${curr}$ | ${sum}$ |')
curr, next = next, (curr + next)
通过观察这个表格,您也许会发现(没发现也没关系) Sn=Fn+2−1 似乎总是成立。用数学归纳法应该可以证明它,我们来试试。
当 n=1 时, S1=1=F3−1=2−1 成立。
假设 Sn=Fn+2−1 对 n=1,2,3,⋯,k 都成立。我们来看看 n=k+1 时的情况。
Sk+1=Sk+Fk+1
=Fk+2−1+Fk+1
=Fk+1+Fk+2−1
=Fk+3−1
=F(k+1)+2−1
所以 n=k+1 时, Sn=Fn+2−1 也成立,那么 Sn=Fn+2−1 对任意正整数 n 都成立。
不用数学归纳法
不用数学归纳法,也可以证明 Sn=Fn+2−1,一个可行的方案如下
- F1=F3−F2
- F2=F4−F3
- F3=F5−F4
- ⋯
- Fn=Fn+2−Fn+1
对以上 n 个等式求和,可以得到
k=1∑k=nFk=Fn+2−1