Chương 1 Tỉ lệ vàng và dãy số Fibonacci Chương này đưa ra các kiến thức cơ bản, tính chất và những biểu diễn khác nhau của tỉ lệ vàng. Các kiến thức về dãy Fibonacci và mối quan hệ giữa tỉ lệ vàng và dãy số Fibonacci.1 Tỉ lệ vàng Nội dung được tham khảo chủ yếu ở tài liệu [1], [3] và [5].1 Trong toán học, hai đại lượng được gọi là tỉ lệ vàng nếu tỉ số giữa tổng các đại lượng đó với đại lượng lớn hơn bằng tỉ số giữa đại lượng lớn hơn với đại lượng nhỏ hơn. Tỉ lệ vàng được kí hiệu bằng kí tự ϕ (phi) trong bảng chữ cái Hy Lạp. Dạng tổng quát của tỉ lệ vàng là: Hình 1.1 Cách chia AB trong tỉ lệ vàng suy rộng Giả sử một đoạn thẳng AB được chia thành hai đoạn AC và CB (Hình 1.1) sao cho n AB βAC a = (1.1) AC CB LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 trong đó a và β là số thực dương.
βAC AB AC + CB CB Cho = x thì a = a =a 1+ CB AC AC AC β = a+ x aβ Như vậy, ta có a + = xn hoặc x xn+1 = ax + b (1. Trong trường hợp đặc biệt cho n = 1 ta chia AB sao AB βAC cho a = , ta có: AC CB x2 − ax − b = 0 (1.5) 2 Ta gọi nghiệm dương của phương trình này là tổng quát hai tham số tỉ lệ vàng ϕ(a, b). r 4b 1 1+ 2 a ϕ(a, b) = a + 2 2 Trong trường hợp b = 1, ta có: √ a a2 + 4b ϕa = ϕ(a, 1) = + 2 2 được gọi là tỉ lệ vàng tổng quát. Cho a = 1 ta có tỉ lệ vàng: √ 1+ 5 ϕ = ϕ1 = ϕ(1, 1) = 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Hãy xem xét các tính chất của tỉ lệ vàng.
Cho a = b ta có: r 4 1 1+ a ϕ = a + 2 2 Đó là một cách giải cho phương trình x2 − ax − b = 0. Bây giờ có b thể xem xét các tính chất khác của tỉ lệ này, ta có: a + = ϕ. Khi ϕ √ tổng quát ϕ (với a = 1) giảm xuống đến tỉ lệ vàng lịch đó, tỉ lệ vàng 1+ 5 sử ϕ = có nhiều tính chất và ứng dụng trong nghệ thuật, kỹ 2 thuật, vật lí và toán học. Các tính chất tương tự có thể được thiết lập trong trường hợp tổng quát.
Ví dụ: tổng quát ϕ có thể được thể hiện bằng chính số hạng của nó 1 như ϕ = a +. Nó có thể được mở rộng thành phân số hoặc nghiệm ϕ các phương trình lồng nhau và được gọi là phân số liên tục hay nghiệm lồng nhau. Sử dụng mối quan hệ trong số hạng của chính nó ta nhận được các phân số liên tục của ϕ, ϕa , ϕ(a, b) tương ứng 1 ϕ= 1 1+ 1 1+ 1 +. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Stakhov và Rozin đưa ra một số kết quả từ n = 2 và a = b = 1, kết quả tương tự được xác minh với các giá trị khác nhau của a và b. Bằng cách sử dụng phân số liên tục trên có thể khái quát hóa trong ứng dụng nghệ thuật và kiến trúc. Đoạn thẳng AB trên có thể chia thành n phần và theo tỉ lệ kế tiếp một hệ phương trình sẽ được tạo ra sao cho a có giá trị n, (1.1) được mở rộng đến các tham số tỉ lệ để tạo ra một tỉ lệ vàng nhiều tham số. Ở đây, ta tập trung vào tham số tổng quát và các ứng dụng của tỉ lệ này.2) có thể được xem như là hàm đặc trưng của phương trình khác nhau của n với các tham số a và b.
Pn+2 (a, b) = aPn+1 (a, b) + bPn (a, b) có thể được khái quát thành một trường hợp nhiều tham số., ap ) = ai Pn+p−i (a1 , a2 , .1 Các tính chất cơ bản của tỉ lệ vàng Nội dung được tham khảo chủ yếu ở tài liệu [3] và [5]. Tỉ lệ vàng xuất hiện trong một số mối quan hệ rất cơ bản liên quan đến số mà từ đó rất nhiều tính chất của tỉ lệ vàng được phát hiện. Một dãy số là một tổng của một dãy các biểu thức toán học. Trong đa số các trường hợp sử dụng, các biểu thức trong dãy có thể được xây dựng bằng các công thức hay thuật toán hay thậm chí bằng số ngẫu nhiên.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 Một trong những phương pháp đơn giản để đưa ra một dãy số là sử dụng một hoặc nhiều giá trị và quan hệ đệ quy thích hợp. Một trong số các dãy số được biết đến là dãy số cộng. Điều này được tạo ra bởi quan hệ đệ quy. An+2 = An+1 + An (1.6) tức là, mỗi số hạng sau bằng với tổng của hai số hạng trước đó.
Dãy này phụ thuộc vào hai giá trị gốc A0 và A1. Ví dụ: A0 = 0 và A1 = 1, ta có dãy sau: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, .7) Dãy này có thể được mở rộng vô hạn bằng cách áp dụng quan hệ đệ quy. Nó cũng có thể được mở rộng đến các giá trị âm của chỉ số n bằng cách áp dụng một mối quan hệ đệ quy trên phương trình (1.6) với các giá trị cho trong (1.7) mang lại một dãy vô hạn theo cả hai chiều.8) đây là một tính chất của dãy số cộng cụ thể. Dãy số nhân là một dãy có tỉ lệ giữa các số hạng là một hằng số.
Một dãy số đơn giản được gọi là dãy số nhân khi nó được tạo bởi mối quan hệ đệ quy.9) tức là, mỗi số hạng sau bằng với số hạng trước nhân với một hằng số thừa số. Dãy này có thể được tạo nên trên cơ sở một giá trị khởi đầu với giá trị hằng số thừa số. Ví dụ: A0 = 1 và α = 2, ta có dãy số luỹ thừa của 2 là: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, .10) Có thể mở rộng dãy này với giá trị âm của chỉ số 1 1 1 1 1 .11), ta thấy khác biệt cơ bản giữa dãy số cộng và dãy số nhân. Tuy nhiên, những khác biệt này là kết quả của LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 sự lựa chọn đặc biệt của hằng số nhân trong dãy (1.
Những lựa chọn khác nhau cho số lượng này có thể mang lại kết quả rất khác nhau. Một dãy có thể vừa là dãy số cộng vừa là dãy số nhân. Nghĩa là, số hạng sẽ thỏa mãn cả dãy (1. Hai phương trình có thể kết hợp để đưa ra các quan hệ ràng buộc cho α.9), ta có: An+2 = αAn+1 = α2 An (1.12), ta có mối quan hệ: α2 An = αAn + An (1.14) Phương trình này được gọi là phương trình bậc 2 Fibonacci và giải phương trình ta có hai nghiệm: √ 1+ 5 α1 = =ϕ (1.16) 2 ϕ Xây dựng một dãy số nhân sử dụng giá trị α1 là một hằng số thừa số và giá trị đầu là A0 = 1, ta được: 1, ϕ, ϕ2 , ϕ3 , ϕ4 , ϕ5 , .17) Mở rộng điều này, ta có các chỉ số âm: .18) Sử dụng các giá trị đầu A0 = 1 và A1 = ϕ từ dãy (1.17) một dãy số cộng tương ứng có thể xây dựng bằng cách sử dụng mối quan hệ đệ quy của dãy (1.
Cho chỉ số âm và chỉ số dương của dãy này là: −3ϕ + 5, 2ϕ − 3, −ϕ + 2, ϕ − 1, 1, ϕ, ϕ + 1, 2ϕ + 1, 3ϕ + 2, .19) Số hạng trong dãy số này giống như trong dãy số nhân (1. Số hạng này có thể tương ứng với một số quan hệ giữa lũy thừa ϕ và các LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 biểu thức tuyến tính trong ϕ. Một trong số các trường hợp này là: 2ϕ − 3 = ϕ−3 ; −ϕ + 2 = ϕ−2 ; ϕ − 1 = ϕ−1 ; 1 = 1; (1. Luỹ thừa của tỉ lệ vàng có thể được thể hiện như bảng 1.1 Một số hệ số và số mũ trong mối quan hệ cho bởi dãy 1.21 n an an−1 -8 -21 34 -7 13 -21 -6 -8 13 -5 5 -8 -4 -3 5 -3 2 -3 -2 -1 2 -1 1 -1 0 0 1 1 1 0 2 1 1 3 2 1 4 3 2 5 5 3 6 8 5 7 13 8 8 21 13 an ϕ + an−1 = ϕn .21) trong đó, các hệ số an được đưa ra trong bảng 1.1 là An của dãy số cộng trong dãy (1.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 Một dãy vừa là dãy số cộng vừa là dãy số nhân có thể được suy ra bằng cách sử dụng nghiệm khác của phương trình bậc 2 cho bởi α2 = −ϕ−1 = 1 − ϕ, ta có dãy sau: .22) Và dãy tương ứng dựa trên mối quan hệ đệ quy của phép cộng được tìm thấy: 2 1 1 1 1 2 3 .23) ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ Số hạng tương đương từ dãy (1.23) cho phép tìm ra các quan hệ có dạng: an an+1 + = ϕn (1.24) ϕ trong đó, các hệ số lại là các số hạng trong cấp số cộng. Nó có thể chỉ ra bằng những biểu thức này là đại số tương đương với các biểu thức của phương trình bằng cách nhân cả hai vế của (1. Trình bày ở trên liên quan đến dãy số minh họa mối quan hệ của tỉ lệ vàng với một số tính chất cơ bản của số. Bổ sung tính chất của tỉ lệ vàng trong hình học.
Trên thực tế, sự xuất hiện của tỉ lệ vàng trong hình học hấp dẫn các triết gia cổ đại và nguồn gốc của nó. Xét đoạn AB được chia bởi một điểm C như minh họa Hình 1.1, theo cách như vậy tỉ số của chiều dài của hai đoạn thẳng giống như tỉ số của chiều dài của đoạn dài hơn cho toàn bộ đoạn. Nếu chiều dài AC được đặt tuỳ ý bằng 1 và chiều dài của toàn bộ đoạn được gọi là x thì đoạn thẳng BC = x − 1 và tỉ số chiều dài có thể được biểu diễn bằng: x 1 = (1.26) Đây là phương trình Fibonacci có nghiệm được đưa ra trong số hạng −1 của tỉ lệ vàng bằng dãy (1. Rõ ràng nó vừa có ϕ nghiệm âm vừa có nghiệm dương.
Ngoài ra, tổng chiều dài của đường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.