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斐波那契数列的前N项和

时间:2020-08-30 06:28:33

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斐波那契数列的前N项和

我们知道斐波那契数列为

{ F 1 = 1 F 2 = 1 F n = F n − 1 + F n − 2 n > 2 \left\{\begin{matrix} F_1=1\\ F_2=1\\ F_n=F_{n-1}+F_{n-2} &&n>2 \end{matrix}\right. ⎩⎨⎧​F1​=1F2​=1Fn​=Fn−1​+Fn−2​​​n>2​

那么如何求解他的前N项和呢

我们可以通过他的通项入手,斐波那契数列的通项为

F n = 1 5 ( ( 1 + 5 2 ) n − ( 1 − 5 2 ) n ) F_{n}=\frac{1}{\sqrt{5}}\left (\left ( \frac{1+\sqrt{5}}{2} \right )^n- \left ( \frac{1-\sqrt{5}}{2} \right )^n \right ) Fn​=5 ​1​((21+5 ​​)n−(21−5 ​​)n)

数列的递推公式求通项可以参考数列的递推公式求通项

有了通项后我们易知

S n = ∑ i = 1 n F i = 1 5 ( ( ( 1 + 5 2 ) 1 + ( 1 + 5 2 ) 2 + ⋯ + ( 1 + 5 2 ) n ) − ( ( 1 − 5 2 ) 1 + ( 1 − 5 2 ) 2 + ⋯ ( 1 − 5 2 ) n ) ) S_{n}=\sum _{i=1}^nF_{i}=\frac{1}{\sqrt{5}}\left (\left ( \left ( \frac{1+\sqrt{5}}{2} \right )^1+\left ( \frac{1+\sqrt{5}}{2} \right )^2+\cdots +\left ( \frac{1+\sqrt{5}}{2} \right )^n \right )- \left ( \left ( \frac{1-\sqrt{5}}{2} \right )^1+\left ( \frac{1-\sqrt{5}}{2} \right )^2+\cdots \left ( \frac{1-\sqrt{5}}{2} \right )^n \right )\right ) Sn​=i=1∑n​Fi​=5 ​1​⎝⎛​⎝⎛​(21+5 ​​)1+(21+5 ​​)2+⋯+(21+5 ​​)n⎠⎞​−⎝⎛​(21−5 ​​)1+(21−5 ​​)2+⋯(21−5 ​​)n⎠⎞​⎠⎞​

由于这里就是两个等比数列所以可以用上等比数列求和公式

S n = ∑ i = 1 n F i = 1 5 ( ( 1 + 5 2 ( 1 − ( 1 + 5 2 ) n ) 1 − 1 + 5 2 ) − ( 1 − 5 2 ( 1 − ( 1 − 5 2 ) n ) 1 − 1 − 5 2 ) ) S_{n}=\sum _{i=1}^nF_{i}=\frac{1}{\sqrt{5}}\left (\left ( \frac{\frac{1+\sqrt{5}}{2}\left ( 1-\left ( \frac{1+\sqrt{5}}{2}\right )^n \right )}{1- \frac{1+\sqrt{5}}{2}} \right )- \left ( \frac{\frac{1-\sqrt{5}}{2}\left ( 1-\left ( \frac{1-\sqrt{5}}{2}\right )^n \right )}{1- \frac{1-\sqrt{5}}{2}} \right )\right ) Sn​=i=1∑n​Fi​=5 ​1​⎝⎛​⎝⎛​1−21+5 ​​21+5 ​​(1−(21+5 ​​)n)​⎠⎞​−⎝⎛​1−21−5 ​​21−5 ​​(1−(21−5 ​​)n)​⎠⎞​⎠⎞​

= 1 5 ( ( ( 1 + 5 2 ) 2 ( 1 − ( 1 + 5 2 ) n ) 1 − 5 2 1 + 5 2 ) − ( ( 1 − 5 2 ) 2 ( 1 − ( 1 − 5 2 ) n ) 1 + 5 2 1 − 5 2 ) ) =\frac{1}{\sqrt{5}}\left (\left ( \frac{\left ( \frac{1+\sqrt{5}}{2} \right )^2\left ( 1-\left ( \frac{1+\sqrt{5}}{2}\right )^n \right )}{\frac{1-\sqrt{5}}{2}\frac{1+\sqrt{5}}{2}} \right )- \left ( \frac{\left ( \frac{1-\sqrt{5}}{2} \right )^2\left ( 1-\left ( \frac{1-\sqrt{5}}{2}\right )^n \right )}{\frac{1+\sqrt{5}}{2}\frac{1-\sqrt{5}}{2}} \right )\right ) =5 ​1​⎝⎜⎛​⎝⎜⎛​21−5 ​​21+5 ​​(21+5 ​​)2(1−(21+5 ​​)n)​⎠⎟⎞​−⎝⎜⎛​21+5 ​​21−5 ​​(21−5 ​​)2(1−(21−5 ​​)n)​⎠⎟⎞​⎠⎟⎞​

= 1 5 ( ( 1 + 5 2 ) n + 2 − ( 1 − 5 2 ) n + 2 ) − 1 5 ( ( 1 + 5 2 ) 2 − ( 1 − 5 2 ) 2 ) =\frac{1}{\sqrt{5}}\left (\left ( \frac{1+\sqrt{5}}{2} \right )^{n+2}-\left ( \frac{1-\sqrt{5}}{2} \right )^{n+2}\right )-\frac{1}{\sqrt{5}}\left (\left ( \frac{1+\sqrt{5}}{2} \right )^{2}-\left ( \frac{1-\sqrt{5}}{2} \right )^{2}\right ) =5 ​1​⎝⎛​(21+5 ​​)n+2−(21−5 ​​)n+2⎠⎞​−5 ​1​⎝⎛​(21+5 ​​)2−(21−5 ​​)2⎠⎞​

= F n + 2 − F 2 = F n + 2 − 1 =F_{n+2}-F_2=F_{n+2}-1 =Fn+2​−F2​=Fn+2​−1

所以也就是说

S n = F n + 2 − 1 S_n=F_{n+2}-1 Sn​=Fn+2​−1

实际上大多数的数列递推公式的通项是由含有等比因子的,都可以尝试这样的方法来求解和

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