斐波那契数列为1,1,2,3,5,8,13,21,……,即第1和第2项都是1,从第3项开始,它是前两项的和。这是一个无限增大的数列,不存在周期。
把斐波那契数列中大于10的项,以它的个位数取而代之。于是,原来斐波那契数列的第7项不是13而是3,...... 。这样得到的数列A就是:1,1,2,3,5,8,3,1,4,5,9,4,3, …… 。下面证明这个数列A是周期数列,并且周期不会超过99。
我们取数列A的前101项。把它们相继的两项都加以配对,于是从左到右依次得到数对序列B:(1,1),(1,2),(2,3),(3,5),(5,8),(8,3),…… ,一共是100对,其实,这个数对序列B中的第一个数就是数列A的第1项到第100项,而第二个数就是数列A中第2项到第101项(数对序列B由数列A交错生成)。注意,数列A的每一项都是0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这十个数字中的某一个,所以,数对B中也只有这十个数。我们知道,如果数对中的两个数均由0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这十个数构成,那么就一共有100(10×10)种数对,见下表:
但因为数列A中不可能有两个相继的数都是0,所以(0,0)这个数对不会出现在数对序列B中,所以,数对序列B中的数对最多有99种。而数对序列有100项,这就说明一定有至少两对是相同的。这是运用了抽屉原理,即设置了99个抽屉,每个抽屉用于放置不同的数对,那么,有100个数对,就一定有某个抽屉中放了至少两个数对,这说明一定有某两个数对是完全相同的(是否有三个及三个以上数对相同,先不管)。
在此问题中,相同代表什么意思呢?我们知道,数列A任何相继的两项决定了它后面一项,这一项与它前面的一项又继续决定了它们后面的一项。反之,任何相继的两项,它们之前的一项也是确定的,比如相继的两项为3和1,则3之前的项就是8(即11-3,因为1-3不够减的,把1加10得11,再用11减3,得8)。也就是说,数列A是一个完全互相依赖的数列。打个比方,下面这样的数列有可能出现:
a,b,c,d,e,f
,a,b,c,d,e,f,......,但下面这样的数列就不会出现:
a,b,c,d,e,f
,c,d,e,f,......,因为d一定是由b和c决定的,不可能是由f和c决定的。
那么,我们生成的数对序列B也同样具有这样的性质,即每个数对的左右是什么数对也是互相依赖的,中间不会出现隔断。所以,第一次出现重复的数对,一定是第一个数对(1,1)。目前我们不知道重复数对(1,1)出现在第几个数对位置上,我们本题也不要求知道。但我们可以证明它不会出现在第99个数对以后。重复数对(1,1)最远也就远到数对序列B的末端,这时两个相同的数对(1,1)之间的间隔为99。这时数列A的第1项与第100项之间相差也是99,已达到最大。这说明数列A的周期不会大于99。证毕。
另外,实际上,这个数列的周期是60。从第61项开始,就开始重复第1到第60项了。从第一项到第60项就构成一个周期。
我们把数列A真的构造出来,数一数看,重复是在什么地方出现:
一直没有给出抽屉原理的基本定义。有了两期内容的熏陶,渐渐具备了对抽屉原理的运用和理解,这才是最重要的。抽屉原理本身只是一个原理,它一定是运用在其他数学学科内容上,比如代数、几何、数论等上面。抽屉原理的题目也是千变万化,抽屉的创建技巧性也很强,所以,不可能只知道定义就可以做题。必须从做题中感悟抽屉原理的妙处。趣味也就在不断做题及各种各样创建抽屉的方法上面。
抽屉原理1:
把多于n个的元素按照确定的方式分成n个集合,那么一定有某个集合中包含至少两个元素。
抽屉原理2:
把多于m×n个元素按照确定的方式分成n个集合,那么一定有某个集合中包含至少m+1个元素。
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