关于兔子数列(斐波那契数列)的小学奥数试题
数学中有一个以斐波那契的名字命名的著名数列:
1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, ……
你看出是什么规律了吧,不错,就是
从第三项开始每一项都是数列中前两项之和。
这个数列是斐波那契在
他的《算盘书》的“兔子问题”中提出的。在问题中他假设如果一对兔子每月能生一对小兔(一雄一雌),而每对小兔在它出生后的第三个月,又能开始生小兔,如果没有死亡,由一对刚出生的小兔开始,一年后一共会有多少对兔子?将问题一般化后答案就是,第n个月时的兔子数就是斐波那契数列的第n项。斐波那契数列和黄金分割数有很密切的联系。
除此以外,人们从很多地方也发现了这类数列。如:茉莉花(3个花瓣),毛莨(5个花瓣),翠雀(8个花瓣),万寿菊(13个花瓣),紫宛(21个花瓣),雏菊(34、55或89个花瓣)。
这些花的花瓣数恰好构成斐波那契数列中的一串数。
这个数列是意大利中世纪数学家斐波那契在<算盘全书>中提出的,这个级数的通项公式。
有关兔子数列的小学奥数题:
1、 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21,…… 第2014项除以5的余数是几?
2、 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21,…… 一共2014项,其中奇数个数比偶数个数多还是少,差几个?
3、 如果你爬10级台阶,每次可以爬1级或者2级,一共有几种走法?
4、假定一对刚出生的小兔一个月能长成大兔,再过一个月便能生下一对小兔,并且此后每个月都生一对小兔。如果一切正常没有死亡,公母兔也比例适调,那么一对刚出生的兔子,一年可以繁殖成( )对兔子。
A.144 B.233 C.288 D.466
5、1,3,4,7,11,( )
A.14 B.16 C.18 D.20
6.4,9,15,26,43,( )
A.68 B.69 C.70 D.71
7.2,4,6,9,13,19,( )
A.28 B.29 C.30 D.31
8.
1,3,5,9,17,31,57,()
A.105 B.89 C.95 D.135
1,3,5,9,17,31,57,()
A.105 B.89 C.95 D.135
因数学家列昂纳多·斐波那契以兔子繁殖为例子而引入,故又称为“兔子数列”。
一般而言,兔子在出生两个月后,就有繁殖能力,一对兔子每个月能生出一对小兔子来。如果所有兔子都不死,那么一年以后可以繁殖多少对兔子?
我们不妨拿新出生的一对小兔子分析一下:
第一个月小兔子没有繁殖能力,所以还是一对
两个月后,生下一对小兔对数共有两对
三个月以后,老兔子又生下一对,因为小兔子还没有繁殖能力,所以一共是三对
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依次类推可以列出下表:
幼仔对数=前月成兔对数
成兔对数=前月成兔对数+前月幼仔对数
总体对数=本月成兔对数+本月幼仔对数
可以看出幼仔对数、成兔对数、总体对数都构成了一个数列。这个数列有关十分明显的特点,那就是:前面相邻两项之和,构成了后一项。
必然还是巧合:
1.斐波那契数与植物花瓣
百合和蝴蝶花有3个花瓣,蓝花耧斗菜、金凤花、飞燕草、毛茛花有5个花瓣,翠雀花有8个花瓣,金盏和玫瑰有13个花瓣,紫宛有21个花瓣,这些花瓣数都是斐波那契数列中的数。
2.黄金分割
随着数列项数的增加,前一项与后一项之比越来越逼近黄金分割的数值0.6180339887..…
自然数
也就是说 55/89,89/144,144/233,233/377,这些比值是越来越接近0.618
组合数学:
有一段楼梯有10级台阶,规定每一步只能跨一级或两级,要登上第10级台阶有几种不同的走法?
分析:登上第一级台阶有一种登法;登上两级台阶,有两种登法;登上三级台阶,有三种登法;登上四级台阶,有五种登法……这就是一个斐波那契数列:
所以我们列出斐波那契数列,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,第10个数是89,所以有89种不同的走法。
取豆子游戏:
游戏是这样的:有一堆豆子,两个人轮流从其中取走一定的豆子,取走最后所有豆子的人为赢家,不过得遵循如下规则:
1.第一次取不能取完,至少取1颗.
2.从第二次开始,每个人取的豆子数至少为1,至多为对手刚取的豆子数的两倍。
掌握了斐波那契数列,就能让我们在游戏中百战百胜
先给出结论:当n为斐波那契数时,先手必败
举几个例子:
①当有2颗豆子时,先手只能取一颗,先手必败
②当有3颗豆子时,先手不能取3颗,只能取1或2。
若取1,则后手取2,先手败;
若取2,则后手取1,先手败。
③当有5颗豆子时,先手只能取1,2,3,4,。
若取1,则后手取1,留3颗豆子,此时情况又回到3颗豆子的情况,先手败;
若取2,则后手可直接取3,先手败;
若取3,4,则后手都可一次取光,先手败。
④当有8颗豆子时,先手为了不让对手一次取光,只能取1,2,3,颗豆子
若取1,则后手取2,留给对方5颗豆子,此时情况又回到3颗豆子的情况,先手败;
若取2,则后手取1,留给对方5颗豆子,此时情况又回到3颗豆子的情况,先手败;
若取3,则后手可以一次性取光,因为按照规定取不超过6颗豆子即可,先手败。
其他情况同理,方法就是只要让留出斐波那契数的豆子让对方取,就可保证胜利。
第二个结论:当n不为斐波那契数时,先手必胜
这个就不需要过多解释了,因为先手可以先拿出几颗,给对方留出斐波那契数的豆子即可。
事实上关于斐波那契数列的知识还有很多,比如杨辉三角,质数数量,尾数循环 ,数列与矩阵,斐波那契弧线等等。我们就不一一列举了,希望大家有兴趣我们在一起探讨。
最后又两个趣题,可以给身边的朋友们出一出
1.某人回家需要走一个11级台阶,每一步只能跨一级或两级,要登上这个台阶有几种不同的走法?
2.有10颗豆子,两个人轮流从其中取走一定的豆子,取走最后所有豆子的人为赢家,不过得遵循如下规则:
1.第一次取不能取完,至少取1颗.
2.从第二次开始,每个人取的豆子数至少为1,至多为对手刚取的豆子数的两倍。
你准备先取还是后取?第一次你要取几颗?
对一个自然数作如下操作:如果是偶数则除以2,如果是奇数则加1。如此进行直到为1时操作停止。问:经过11次操作变为1的数有多少个?
该问题属于斐波那契数列问题,解题思路可化为以下3道题目,关于斐波那契数列及其被用来炒股的事在文章末尾有介绍。
题目一(简单)
对一个自然数作如下操作:如果是偶数则除以2,如果是奇数则加1。如此进行直到为1时操作停止。问:经过4次操作变为1的数有多少个?
题目一:
答:3个。
反推:
经过1次操作变为1的数是2,有1个;
经过2次操作变为1的数即为经1次操作变为2的,是4,有1个;
经过3次操作变为1的数即为经1次操作变为4的,是3或8,有2个;
经过4次操作变为1的数即为经1次操作变为3或8的,是6、7或16,有3个。
题目二(中等难度)
对一个自然数作如下操作:如果是偶数则除以2,如果是奇数则加1。如此进行直到为1时操作停止。问:经过n+1次操作变为1的偶数个数与经过n次操作变为1的自然数个数是否相同?
题目二:
答:相同。
经n+1次操作变为1的所有偶数,1次操作后正好是经n次操作变为1的所有自然数。二者个数相等。
题目三(进阶思考)
对一个自然数作如下操作:如果是偶数则除以2,如果是奇数则加1。如此进行直到为1时操作停止。问:经过11次操作变为1的数有多少个?
题目三:
答:89个。
从题目二知道,经n+1次操作变为1的偶数个数与经n次操作变为1的所有自然数个数相同。
现考虑经n+1次操作变的数即为经次操作变为1的奇数,1次操作后恰好变成n次操作后变为1的偶数,其个数与经n-1次操作变为1的自然数个数相同。
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