Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, A/15

Podobne dokumenty
Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /10

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, a/15

Rekurencja. Matematyka dyskretna

Matematyka Dyskretna 2/2008 rozwiązania. x 2 = 5x 6 (1) s 1 = Aα 1 + Bβ 1. A + B = c 2 A + 3 B = d

Matematyka dyskretna dla informatyków

Zadania do samodzielnego rozwiązania

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, 2019 Zadania 1-100

Katarzyna Bereźnicka Zastosowanie arkusza kalkulacyjnego w zadaniach matematycznych. Opiekun stypendystki: mgr Jerzy Mil

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

w najprostszych przypadkach, np. dla trójkątów równobocznych

Przykładowe zadania z teorii liczb

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

Jeśli lubisz matematykę

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /10

Indukcja matematyczna. Matematyka dyskretna

Znaleźć wzór ogólny i zbadać istnienie granicy ciągu określonego rekurencyjnie:

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, 2013 Przykłady zadań egzaminacyjnych (do liczenia lub dowodzenia)

1. FUNKCJE DZIAŁ Z PODRĘCZNIKA L.P. NaCoBeZu kryteria sukcesu w języku ucznia

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn x 1 x 2... x m ...

Przedmiotowe zasady oceniania i wymagania edukacyjne z matematyki dla klasy drugiej gimnazjum

Metody numeryczne w przykładach

Matematyka dyskretna

ROZKŁAD MATERIAŁU NAUCZANIA KLASA 2, ZAKRES PODSTAWOWY

W. Guzicki Próbna matura, grudzień 2014 r. poziom rozszerzony 1

EGZAMIN MATURALNY W ROKU SZKOLNYM 2014/2015

1. LICZBY DZIAŁ Z PODRĘCZNIKA L.P. NaCoBeZu kryteria sukcesu w języku ucznia

n=0 (n + r)a n x n+r 1 (n + r)(n + r 1)a n x n+r 2. Wykorzystując te obliczenia otrzymujemy, że lewa strona równania (1) jest równa

Klasa II - zakres podstawowy i rozszerzony

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY 7SP. V. Obliczenia procentowe. Uczeń: 1) przedstawia część wielkości jako procent tej wielkości;

Kształcenie w zakresie podstawowym. Klasa 1

Algebra WYKŁAD 3 ALGEBRA 1

Równania Pitagorasa i Fermata

4. Postęp arytmetyczny i geometryczny. Wartość bezwzględna, potęgowanie i pierwiastkowanie liczb rzeczywistych.

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Wymagania edukacyjne niezbędne do otrzymania poszczególnych śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych z matematyki dla klasy VIII

postaci kanonicznej i iloczynowej trójmiany: y = 0,5x 2. Podaj określenie ciągu arytmetycznego. Dany jest ciąg a n

MATEMATYKA Z PLUSEM DLA KLASY VII W KONTEKŚCIE WYMAGAŃ PODSTAWY PROGRAMOWEJ. programowej dla klas IV-VI. programowej dla klas IV-VI.

Propozycje rozwiązań zadań otwartych z próbnej matury rozszerzonej przygotowanej przez OPERON.

Obliczenia iteracyjne

ZESPÓŁ SZKÓŁ W OBRZYCKU

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY MATEMATYKA KLASA 8 DZIAŁ 1. LICZBY I DZIAŁANIA

KLUCZ PUNKTOWANIA ODPOWIEDZI

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE VIII

KRYTERIA OCENIANIA Z MATEMATYKI W OPARCIU O PODSTAWĘ PROGRAMOWĄ I PROGRAM NAUCZANIA MATEMATYKA 2001 DLA KLASY DRUGIEJ

Aproksymacja diofantyczna

WYMAGANIA NA POSZCZEGÓLNE OCENY MATEMATYKA KL.VII

MATEMATYKA Przed próbną maturą. Sprawdzian 1. (poziom podstawowy) Rozwiązania zadań

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY VII SZKOŁY PODSTAWOWEJ

Wymagania na poszczególne oceny w klasie II gimnazjum do programu nauczania MATEMATYKA NA CZASIE

Wymagania edukacyjne z matematyki w klasie VII szkoły podstawowej

Matematyka Dyskretna Zestaw 2

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI KLASA VII

ROK SZKOLNY 2017/2018 WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY:

7. CIĄGI. WYKŁAD 5. Przykłady :

jest rozwiązaniem równania jednorodnego oraz dla pewnego to jest toŝsamościowo równe zeru.

Wymagania na poszczególne oceny w klasie I gimnazjum do programu nauczania MATEMATYKA NA CZASIE

Marcin Różański Zastosowanie arkusza kalkulacyjnego w zadaniach matematycznych. Opiekun stypendysty: mgr Jerzy Mil

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /10

Kongruencje twierdzenie Wilsona

KLASA II LO Poziom rozszerzony (wrzesień styczeń)

Wykład z równań różnicowych

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, B/14

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

Matematyka z kluczem. Szkoła podstawowa nr 18 w Sosnowcu. Przedmiotowe zasady oceniania klasa 7

Granice ciągów liczbowych

Zestaw zadań dotyczących liczb całkowitych

Wymagania edukacyjne z matematyki dla klasy I gimnazjum wg programu Matematyka z plusem

Matematyka z kluczem. Układ treści w klasach 4 8 szkoły podstawowej. KLASA 4 (126 h) część 1 (59 h) część 2 (67 h)

Liczby. Wymagania programowe kl. VII. Dział

0 --> 5, 1 --> 7, 2 --> 9, 3 -->1, 4 --> 3, 5 --> 5, 6 --> 7, 7 --> 9, 8 --> 1, 9 --> 3.

Funkcje wymierne. Jerzy Rutkowski. Działania dodawania i mnożenia funkcji wymiernych określa się wzorami: g h + k l g h k.

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Matematyka na czasie Przedmiotowe zasady oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych dla klasy 1

1.. FUNKCJE TRYGONOMETRYCZNE Poziom (K) lub (P)

15. Macierze. Definicja Macierzy. Definicja Delty Kroneckera. Definicja Macierzy Kwadratowej. Definicja Macierzy Jednostkowej

Indukcja matematyczna. Zasada minimum. Zastosowania.

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY MATEMATYKA STOSOWANA - KLASA II I. POWTÓRZENIE I UTRWALENIE WIADOMOŚCI Z ZAKRESU KLASY PIERWSZEJ

Wymagania edukacyjne klasa druga.

Funkcje wymierne. Funkcja homograficzna. Równania i nierówności wymierne.

Logarytmy. Historia. Definicja

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY

Matematyka dyskretna

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI KLASA I GIMNAZJUM Małgorzata Janik

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI W KLASIE III GIMNAZJUM

ROZKŁAD MATERIAŁU NAUCZANIA MATEMATYKI DLA KLASY II A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ w Publicznym Gimnazjum Integracyjnym nr 47 w Łodzi

WYMAGANIA EDUKACYJNE

Rozwiązywanie zależności rekurencyjnych metodą równania charakterystycznego

x 2 = a RÓWNANIA KWADRATOWE 1. Wprowadzenie do równań kwadratowych 2. Proste równania kwadratowe Równanie kwadratowe typu:

Technikum Nr 2 im. gen. Mieczysława Smorawińskiego w Zespole Szkół Ekonomicznych w Kaliszu

Układy równań liniowych i metody ich rozwiązywania

1. Potęga o wykładniku naturalnym Iloczyn i iloraz potęg o jednakowych podstawach Potęgowanie potęgi 1 LICZBA GODZIN LEKCYJNYCH

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

Macierze. Rozdział Działania na macierzach

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Transkrypt:

Matematyka dyskretna Andrzej Łachwa, UJ, 2016 andrzej.lachwa@uj.edu.pl 4A/15

Liczby Fibonacciego Spośród ciągów zdefiniowanych rekurencyjnie, jednym z najsłynniejszych jest ciąg Fibonacciego (z roku 1202) zadany przez Wszystkie wyrazy ciągu, oprócz pierwszych dwu, są sumą dwu poprzednich elementów. Oto kilka pierwszych wartości ciągu Fibonacciego: n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 f n 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 Jak odgadnąć wzór na ogólny wyraz ciągu? Nie jest to proste. Czekano na to 600 lat!

Własność ilorazu Iloraz dowolnego elementu ciągu Fibonacciego i jego poprzednika jest ze wzrostem wskaźnika coraz lepszym przybliżeniem boskiej liczby. Przy 14 elemencie przybliżenie daje już dokładność 14 miejsc dziesiętnych. Liczba, określająca tzw. złotą proporcję, odkryta została w starożytnej Grecji, a udokumentowana przez Euklidesa (300 pne). Złota liczba = 1,618 033 988 7

Liczba x jest złotą liczbą, gdy x 1 1 x 1 Równanie x 2 x 1 = 0 ma dwa rozwiązania, z których jedno jest dodatnie i wynosi 1 2 5. I to jest właśnie złota liczba = 1,618

Potęgowanie liczby 2 = + 1 3 = 2 + = 2 + 1 4 = 3 + 2 = (2 + 1) + ( + 1) = 3 + 2 n = n-1 + n-2 = f n + f n-1 gdzie f n to elementy ciągu Fibonacciego Odwrotność liczby 1/ = 1

Suma początkowych liczb Fibonacciego n f k = 1+1+2+3+5+ +f n = f n+2 1 (dowód indukcyjny) k=0 Przykład a 25 + + a 40 = a 42 1 (a 26 1) = a 42 a 26

Trójki pitagorejskie Trójką pitagorejską nazywamy trzy liczby naturalne spełniające równanie twierdzenia Pitagorasa: a 2 +b 2 =c 2. Pierwszą taką trójką jest 3, 4, 5. Większe trójki można konstruować wykorzystując dowolne cztery kolejne wyrazy ciągu Fibonacciego. Trójkę utworzą: (1) iloczyn dwóch skrajnych wyrazów, (2) podwojony iloczyn dwóch środkowych wyrazów i (3) suma kwadratów dwóch środkowych wyrazów. Np. 2, 3, 5, 8; 2 8=16, 2 3 5=30, 3 3+5 5=34; 16 2 +30 2 =256+900=1156=34 2 Twierdzenie Fermata (udowodnione po 350 latach, w 1995) Nie istnieje trójka liczb całkowitych będąca rozwiązaniem równania a n =b n +c n dla n>2.

Liczby pierwsze w ciągu Fibonacciego Te wyrazy f n które są liczbami pierwszymi mogą występować tylko na miejscu n będącym liczbą pierwszą (ale nie na odwrót). Hipoteza W ciągu Fibonacciego występuje nieskończenie wiele liczb pierwszych.

Ćwiczenie Konstrukcja złotego podziału odcinka o długości a

Ćwiczenie Konstrukcja złotego prostokąta

Przykład Na ile sposobów można ułożyć kostki domina (o wymiarach 1 2) na prostokącie o rozmiarze 2 n? Oznaczmy, tę liczbę przez d n w zależności od n. Dla n=1 jest to możliwe na dokładnie jeden sposób, tzn. d 1 =1. Dla n=2 są już dwa takie sposoby: ustawiamy obie kostki poziomo, lub obie pionowo, a zatem d 2 =2. Dla n=3 są trzy sposoby.

W ogólnym przypadku musimy jakoś pokryć dwa skrajne pola przylegające do krótszej krawędzi. Można to zrobić na dwa sposoby: 1. ułożyć jedno domino pionowo - pozostanie prostokąt, który można pokryć na d n-1 sposobów, 2. ułożyć dwa domina poziomo - pozostanie prostokąt, który można pokryć na d n-2 sposobów. Czyli łącznie jest d n = d n-1 + d n-2 sposobów pokrycia tablicy 2 na n. Rozpoznajemy w tym łatwo ciąg Fibonacci'ego.

Wzór Dowód przez indukcję po n: dla n=0 mamy, do założonej indukcyjnie równości obustronnie otrzymując dodajmy co kończy dowód kroku indukcyjnego.

Ogólna postać wzoru na wyraz ciągu Fibonacciego (1843) (twierdzenie wzór Eulera-Bineta) f n = 1 5 1 2 5 n 1 2 5 n Dowód: proszę przestudiować w wykładzie z matematyki dyskretnej [4]. Szkic dowodu: Dowód rozpoczyna się od zauważenia, że jeśli x 0 jest rozwiązaniem równania x 2 = x + 1 to ciąg x 0 n spełnia zależność rekurencyjną Fibonacciego: x 0n = x 0 n-1 +x 0 n-2.

Jednak pierwiastkami równania są i I okazuje się, że żaden z ciągów nie jest ciągiem Fibonacci'ego, bo na przykład ilorazy kolejnych wyrazów takiego ciągu są stałe. Zauważmy dalej, że jeżeli ciąg a spełnia równanie Fibonacciego, to α a też. Jeżeli ciągi a, b spełniają, to a+b też. Zatem może poszukiwanym rozwiązaniem jest kombinacja liniowa tych pierwiastków? Tak. Na koniec dowodzimy indukcyjnie, że wzór spełnia równanie rekurencyjne (poniżej używa się małej litery, zamiast ).,,

Aby pokazać, że użyjemy pod koniec naszych obliczeń założenia indukcyjnego, że i, a także tego, że zarówno jak i 1 spełniają zależność :

Wniosek Keplera Granicą ilorazów sąsiednich elementów ciągu Fibonacciego jest liczba. Dowód (tu również małe ) gdzie ostatnia równość wynika z faktu, iż jako że.

Macierze liczb Fibonacci'ego Rozważmyc specjalne kwadratowe macierze 2 x 2 liczb Fibonacci'ego o postaci Łatwo zauważamy, że a ponieważ równocześnie to łatwo indukcyjnie udowodnić, że

Przyrównując wyznaczniki obu macierzy otrzymujemy tożsamość, którą jako pierwszy opublikował Jean-Dominique Cassini w 1680 roku: Korzystając z kolei z faktu, że macierzy, otrzymujemy: dla dowolnej kwadratowej

Rozwiązywanie liniowych równań rekurencyjnych (uogólniony ciąg Fibonacci'ego) s 0 =A s 1 =B s n+2 =a s n+1 +b s n x 2 -ax-b=0, przy b 0, a 0, nazywamy charakterystycznym równaniem tej rekurencji. Przypadek 1: a 0, b=0 ciąg ma postać A, B, ab, a 2 B, a 3 B, zatem s n =a n s 1, s 0 =A, s 1 =B Przypadek 2: b 0, a=0 ciąg ma postać A, B, Ab, Bb, Ab 2, Bb 2, zatem mamy dwa przeplatające się ciągi geometryczne Ab k, Bb k.

Przypadek 3: b 0, a 0 i równanie ma dwa różne pierwiastki r 1, r 2. Wtedy rozwiązanie rekurencji ma postać s n =c 1 r 1 n + c 2 r 2 n (udowodnić indukcyjnie!) gdzie stałe wyznacza się z warunków brzegowych s 0 =c 1 + c 2 s 1 =c 1 r 1 + c 2 r 2 Przypadek 4: b 0, a 0 i równanie ma podwójny pierwiastek r 0. Wtedy rozwiązanie rekurencji ma postać s n =c 1 r 0 n + c 2 n r 0 n (udowodnić indukcyjnie!) gdzie stałe wyznacza się z warunków brzegowych s 0 =c 1 s 1 =c 1 r 0 + c 2 r 0

1. Przykład rozwiązać rekurencję s 0 =1 s 1 =8 s n+2 =4 s n+1 4 s n Równanie charakterystyczne ma postać x 2-4x+4=0, więc mamy podwójny r 0 =2; warunki brzegowe 1=c 1 oraz 8=c 1 2 + c 2 2, czyli c 1 =1, c 2 =3, a zatem: s n =2 n +3n 2 n

2. Znajdź postać zwartą wzoru s 0 = 5 s 1 = 6 s n+2 = 7 s n+1 +0 s n x 2 = 7x+0 ciąg ma postać 5, 6, 7 6, 7 2 6, 7 3 6, zatem s n = 7 n 6, s 0 = 5, s 1 = 6

3. Znajdź postać zwartą wzoru s 0 = 5 s 1 = 6 s n+2 = 0 s n+1 +(-2) s n równanie charakterystyczne (?) x 2 = 0 x+(-2) NIE! ciąg ma postać 5, 6, 5 (-2), 6 (-2), 5 (-2) 2, 6 (-2) 2, zatem 5, 6, -10, -12, 20, 24, -40, -48, 80, 96,... zatem mamy dwa przeplatające się ciągi geometryczne 5 (-2) k, 6 (-2) k

Znaczne części tego wykładu pochodzą ze strony [4] oraz z książki F. Corbalan: Złota proporcja. Matematyczny język piękna. Seria: Świat jest matematyczny. RBA 2012