有趣的Golden Ratio与Fibonacci

生活有点无聊...记点好玩的


引子

初中时代知道了Golden Ration,从数学老师那里第一次知道时,感觉很有趣的样子,于是在纸上推啊推,好奇为啥值是0.618呢?后来用换元法最终搞出,那个开心啊<( ̄︶ ̄)>,感觉数学神奇啊

高中时代无聊,有次捣腾Fibonacci数列,都说这是神奇的数列。于是自己看看有没有好玩的性质,于是让前面的数字除以后面的数字,1/1;1/2;/2/3;3/5;/5/8...等等,数值怎么不对,8/13;13/21,我去,好像是0.618!再继续,21/34;34/55,我擦,竟然真的是0.618这货,而且越往后越是Golden Ration!!什么情况,难道两者之间有不可描述的关系?(゚Д゚) ,在震惊的同时开始各种推,咳咳,但是以当时的阅历,当然并不知道这里面的水有多深,数学原理是啥...于是不了了之

于是荒废到了工作时代...Times fly and people start to die...

终于有一天,出来混的都还上了...不废话,正题了

Golden Ration

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这两货相比大部分人都知道,传说中的黄金分割嘛,为啥起这名儿,也许是因为漂亮的妹子颜值的黄金比吧╮( ̄▽ ̄)╭。也不知道为什么造物主喜欢这样设计,反正只知道整容的都喜欢按这比例动刀...呵呵,说真格的,反正从有机生物到无机结构,很多存在都内含该比例。
得,来两张图吧!
还记得曾经的图么


数学老师我没忘喔

再来张人体图吧(・ิω・ิ)


妹子们不用看中间

至于值的证明,用换元法把定义的等式处理下,可以得到二次方程
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其中一根就是1.618,开心吧,另一根后面会有伏笔
好了,正题刚刚开始...

Fibonacci

先镇个楼,虽然好像这样过时了...伟大的前辈还是要纪念下的


Fibonacci -- Italian Mathematician

数列长这样的,大家都懂
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等等,不觉得这货增长很快么,那么有多快呢?如果高中的猜测是对的话,后面相邻两数的比值越来越接近黄金比,那么这可是
[图片上传失败...(image-b1c45c-1527353187759)])
指数级增长啊,1000的话地球都要爆炸了...
为啥这么快呢?
好了,严肃的要开始了,我也要开始还数学债了,非战斗人员可以跳过推导看思想就行


数列定义是这样的:
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递推式,怎么搞呢,不是通项式,有办法转化为通项表示吗?这样不就知道后项与前项的关系了吗?

注:
1. 后面推导的仅是证明思路中的一种
2. 最好有点线性代数基础
3. 类似F_(k+1)代表K+1为F的下标,其余类似

既然是两项两项一起出现的,那么就一起来运算吧
先来个Naive but useful trick打头:
[图片上传失败...(image-d094ef-1527353187759)]&space;\quad&space;so&space;\quad&space;\upsilon_{0}=\begin{pmatrix}&space;\textit{F}{1}\\textit{F}{0}\end{pmatrix}\&space;\&space;then&space;\quad&space;\upsilon_{k+1}=\begin{bmatrix}1&space;&1&space;\1&space;&0&space;\end{bmatrix}\upsilon_{k})

重点出现了,矩阵,要开始玩矩阵了!这时什么“线性无关”、“空间基向量”、“行列式”、“特征向量与特征矩阵”等这些概念需要载入大脑内存了哈,忘了的赶紧谷哥度娘起来( ̄. ̄)

再清晰一点
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这里A有对应的含义么,如果Fibonacci相邻两项F_(k+1)和F_(k)看成空间中的向量,那么U_(k+1)就是U_(k)在A变换下产生的向量,直观的看,这里是不是有点像简单的递推式了?

关键就是这里,看清楚喔,变换矩阵A可是n维实对称阵啊,还记得线代上被虐过的定理吧:n阶实对称阵必存在n个实特征值和n个线性无关的特征向量,而且能被对角化 。 -- 啊,这啥意思啊?有用么,能当钱花,当饭吃么?额,同学你先坐下冷静下,好像现在AI时代是可以的哈 (;¬_¬)

回来再说,一般某矩阵如果能分解为特征值与特征向量来表示的话,那么恭喜你,你就能看到这个矩阵的本质了,毕竟起名都叫“特征”了(゚▽゚)/如果你再将某矩阵n个线性无关的特征向量组合起来形成空间的话(姑且称为特征矩阵吧),你就知道:矩阵A在物理上就变成了一种投影关系,表示将某个向量投影到A的特征矩阵代表的空间。如果理解了这一点,上面的式子就像是从U_(0)开始,不断地被A向量进行着变换,但是不要慌,我们的推导不用这么抽象。

A的特征向量和特征值先求起来吧,忘了的直接用python或matlab工具包愉快的求出来吧。这样你会愉悦地发现:特征值刚好就是两个黄金比例二次方程的两个根!

惊喜不惊喜,意外不意外!

呵呵,其实没啥意外的,这篇软文就是讲这两者之间不可描述的关系的嘛,比我聪明,有见识的同学已经开始翻白眼了

好了,为了看到A的作用,我们直接上推导公式吧
未完待续...该睡觉了

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