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《数学女孩》4.3 回顾

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我不能接受。这个式子到底对不对呢?因为斐波那契数列可全都是整数哦,而通项公式里出现的 真是令人匪夷所思。

米尔嘉却是一副很满足的样子,她喝着已经变冷的咖啡,听到我的疑问后说:“那你试着算算看喽?”

那么我就假设 n = 0, 1, 2, 3, 4,并分别将它们代入通项公式。

最后得出的答案是 0, 1, 1, 2, 3,确实都是斐波那契数列中的数字。啊,原来如此,当代入具体数字时,分子分母都有 ,所以可以互相抵消。

哇,实在是太厉害了!我也喝起了咖啡,一边喝一边开始回想今天所做的事情:我们一开始的目标是要求斐波那契数列的通项公式。为此,我进行了以下三步。

(1)思考将 xn 的项的系数用斐波那契数列的通项 Fn 来表示的生成函数 F(x)。

(2)求生成函数 F(x) 的有限项代数式(这里是关于 x 的有限项代数式)。这时,可以运用斐波那契数列的推导公式来求解。

(3)用无穷级数的形式来表达函数 F(x) 的有限项代数式。这时 xn 项 的系数就是斐波那契数列的通项公式。

综上所述,从将函数的系数用通项 Fn 来表示,到求出生成函数,这就是“抓住了求解数列的关键”。原来如此……但是,真是“路漫漫其修远兮”啊……

“求斐波那契数列的通项公式”的“旅行地图”

米尔嘉又说:“生成函数是求解数列最有效的方法。为什么这么说呢?因为当我们在生成函数王国漫步的时候,我们所知道的关于函数的解析技巧对求解很有帮助。做函数题时总结出来的方法在数列问题上也有了用武之地。”

我听了米尔嘉的话后又开始担心起别的事情。在计算无穷级数的时候,我们改变了求和的顺序,应该没什么问题吧?到底会不会有关系呢?

“如果在条件里不说清楚的话就不行,但这次没关系。先不告诉别人我们是用生成函数的方法求得通项公式的,然后我们用数学归纳法来证明一下所得到的通项公式就可以了。”米尔嘉像完成件大事一样,轻松地说。

……一直以来我都在做公式的展开,

这是为了运用生成函数这一重要的解题方法

来展现发现等式关系的方法。

——高德纳,《计算机程序设计艺术》[22]