Русская Википедия:Числа Люка

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Не путать

Файл:Lucas number spiral.svg

Числа Люка задаются рекуррентной формулой

<math>L_n = L_{n-1} + L_{n-2}</math>

с начальными значениями <math>L_0 = 2</math> и <math>L_1 = 1</math> и сопряжены с числами Фибоначчи. Эти числа названы в честь французского профессора Эдуарда Люка. Последовательность чисел Люка начинается так:

2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, 199, 322, … (Шаблон:OEIS)

Формула общего члена

Последовательность <math>L_n</math> можно выразить как функцию от n:

<math>L_n = \varphi^n + (1-\varphi)^{n} = \varphi^n + (-\varphi)^{- n} = \left({1+\sqrt{5} \over 2}\right)^n + \left({1-\sqrt{5} \over 2}\right)^n\, ,</math>

где <math> \varphi = \frac{1+\sqrt{5}}{2} </math> — золотое сечение. При Шаблон:Nums число |(−φ)n| меньше 0,5 и с ростом n всё сильнее приближается к нулю, а значит, при Шаблон:Nums числа Люка выражаются в виде <math>L_n = \lfloor \varphi^n\rceil,</math> где <math>\lfloor\cdot\rceil</math> — функция округления к ближайшему целому.

Примечательно, что числа Фибоначчи <math>F_n</math> выражаются похожим образом с помощью формулы Бине:

<math>F_n = \frac{\varphi^n - (1-\varphi)^n}\sqrt{5} = \frac{\varphi^n - (-\varphi)^{-n}}\sqrt{5} = \frac{1}\sqrt{5}\left[\left(\frac{1+\sqrt{5}}{2}\right)^n - \left(\frac{1-\sqrt{5}}{2}\right)^n\right].</math>

Проверка простоты числа с помощью чисел Люка

Числа Люка могут использоваться для проверки чисел на простоту. Чтобы проверить, является ли число p простым, возьмём (Шаблон:Nums)-ое число Люка, вычтем из него единицу — и если полученное число не делится на p нацело, то p гарантированно не является простым. В противном случае число может быть как простым, так и составным и требует более тщательной проверки.

В качестве примера проверим, является ли число 14 простым. 15-ое число Люка — 843.

<math>\cfrac {843 - 1} {14} = 60.142857 \ldots</math>

Следовательно, число 14 явно не простое.

Связь с числами Фибоначчи

Числа Люка связаны с числами Фибоначчи следующим формулами

  • <math>L_n = F_{n-1}+F_{n+1}=F_n+2F_{n-1}</math>
  • <math>L_{m+n} = L_{m+1}F_{n}+L_mF_{n-1}</math>
  • <math>L_n^2 = 5 F_n^2 + 4 (-1)^n</math>, и при стремлении <math>n</math> к +∞ отношение <math>\frac{L_n}{F_n}</math> стремится к <math>\sqrt{5}.</math>
  • <math>F_{2n} = L_n F_n</math>
  • <math>F_{n+k} + (-1)^k F_{n-k} = L_k F_n</math>
  • <math>F_n = {L_{n-1}+L_{n+1} \over 5}</math>

Обобщения

Числа Люка можно также определить для отрицательных индексов по формуле:

<math> L_{-n} = (-1)^n L_n </math>

Эдуард Люка ввел понятие «обобщённых последовательностей Фибоначчи», частным случаем которых являются числа Фибоначчи и числа Люка

<math> \begin{matrix} F_n = U_n(1,-1) \\ L_n = V_n(1,-1) \end{matrix} </math>

Шаблон:Math-stub Шаблон:Нет ссылок