دنباله فیبوناتچی


img/daneshnameh_up/b/b6/fibSpiralANIM.gif


در سال 1202 لئونارد فیبوناچی (Leonardo Fibonacci) توانست به یک سری از اعداد دست پیدا کند که بعدها بعنوان پایه برای بسیاری از رابطه های فیزیک و ریاضی استفاده شد، کافی است از عدد صفر و یک شروع کنید. آنها را کنار هم بگذارید و عدد بعدی را از جمع کردن دو عدد قبل بدست آورید، بسادگی به این رشته از اعداد خواهید رسید :


0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144 ...

البته برخی از
ریاضیدانان عدد صفر را جزو رشته فیبوناچی نمی دانند و یا حداقل آنرا جمله صفرم سری می دانند. نکته ای که تعجب برانگیز است آنکه اگر از عدد سوم نسبت اعداد این سری را به عدد قبلی حساب کنیم خواهیم داشت :


1/1, 2/1, 3/2, 5/3, 8/5, 13/8, 21/13, 34/21, 55/34, 89/55, 144/89, ...

و یا :

1, 2, 1.5, 1,666, 1.6, 1,625, 1.6153, 1.6190, 1.6176, 1.6181, 1.6179و ...

بله بنظر می رسد که این رشته به سمت همان
عدد طلائی معروف میل میکند. بگونه ای که اگر نرخ عدد چهلم این رشته را به عدد قبلی حساب کنیم به عدد 1.618033988749895 می رسیم که با تقریب 14 رقم اعشار نسبت طلایی را نشان می دهد.

بعدها محاسبات و استدلال های ریاضی نشان داد که این سری همگرا به سمت نسبت طلایی می باشد و جمله عمومی آنرا باتقریب می توان اینگونه نمایش داد :




که در آن Phi عدد طلایی میباشد. البته فرمول های دقیق دیگری وجود دارند که اعداد سری و یا اعداد بعدی (Successor) این سری را نمایش می دهند که دراین مطلب به آن نخواهیم پرداخت.

معمای زاد و ولد خرگوش

در واقع فیبوناچی در سال 1202 به مسئله عجیبی علاقمند شد. او می خواست بداند اگر یک جفت خرگوش نر و ماده داشته باشد و رفتاری برای زاد و ولد آنها تعریف کند در نهایت نتیجه چگونه خواهد شد. فرضیات اینگونه بود :

- شما یک جفت خرگوش نر و ماده دارید که همین الآن بدنیا آمده اند.
- خرگوشها پس از یک ماه بالغ می شوند.
- دوران بارداری خرگوشها یک ماه است.
- هنگامی که خرگوش ماده به سن بلوغ می رسد حتما" باردار می شود.
- در هر بار بارداری خرگوش ماده یک خرگوش نر و یک ماده بدنیا می آورد.
- خرگوش ها هرگز نمی میرند.

حال سئوال اینجاست که پس از گذشت یکسال چه تعداد خرگوش نر و چه تعداد خرگوش ماده خواهیم داشت؟


لئوناردو فیبوناچی
ایتالیایی حدود سال 1200 میلادی مساله ای طرح کرد : فرض کنید که یک جفت خرگوش نر و ماده در پایان هر ماه یک جفت خرگوش نر و ماده جدید بدنیا بیاورند ... اگر هیچ خرگوشی از بین نرود , در پایان یک سال چند جفت خرگوش وجود دارد؟؟؟

فیبوناچی تصمیم گرفت برای محاسبه تعداد انها Fn را تعداد جفتها در شروع ماه N ام فرض کند.
پس F1 =1 و F2 =2 خواهد بود ... چون در شروع ماه اول فقط یک جفت اصلی وجود دارد...اما با شروع ماه دوم جفت اول جفت دوم را درست میکند.
سپس او متوجه شد که با شروع ماه N ام جفتها به دو گروه تقسیم میشوند: Fn-1 تعداد جفتهای قدیمی و تعداد جفتهای جدید پس از N-1 ماه است .چون جفت جدید پس از یک ماه تولید میشود و بعد از یک ماه دیگر اولین جفت خود را تولید میکند ... تعداد جفتهای جدید برابر تعداد جفتهای دو ماه قبل است که با Fn-1 نشان داده میشود .
پس :

Fn= Fn-1 + Fn-2

با استفاده از این فرمول و مقادیر اولیه F1 =1 و F2 =2 میتوان تعداد جفتها را پس از یک سال بدست اورد و نوشت F12=233 .
با یک توافق عمومی مقادیر اولیه از 1 و 1 بجای 1و 2 شروع میشود (بطوری که جمله های دنباله بصورت زیر نوشته میشوند)

... ,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233
پس پاسخ این سئوال را در ابتدای مطلب بیان کرده بودیم.

مارپیچ فیبوناچی

img/daneshnameh_up/8/8f/4.gif


به شکل اول نگاه کنید و ببینید که به چه زیبایی از کنار هم قرار دادن تعدادی مربع می توان رشته فیبو ناچی را بصورت هندسی نمایش داد. حال اگر در هر یک از این مربع ها از نقاط قرمز ربع دایره هایی رسم کنیم در نهایب به نوعی از مارپیچ حلزونی شکل می رسیم که به مارپیچ فیبوناچی (Fibonacci Spiral) معروف می باشد. بدیهی است که نرخ رشد و باز شدن این مارپیچ متناسب با نرخ بزرگ شدن اعداد در سری فیبوناچی می باشد.

سری فیبوناچی چه در
ریاضیات چه در فیزیک و علوم طبیعی کاربردهای بسیار دیگری دارد، ارتباط زیبای فاصله های خوش صدا در موسیقی، چگونگی تولد یک کهکشان و ... از جمله این کاربردهاست.

محاسبه دو کوادريليومين رقم عدد پي

محقق شرکت ياهو با استفاده از هزار رايانه اين شرکت و صرف 23 روز زمان، دو کوادريليومين رقم از عدد ثابت پي را محاسبه کند.


«نيکلاس ژه» از شرکت ياهو اعلام کرد زماني که عدد پي در قالب دوتايي بيان مي شود، رقم دو کوادريليوم (عدد دو به همراه 15 صفر) آن صفر خواهد بود. وي با استفاده از تکنولوژي محاسبات ابري Hadoop براي محاسبه تقريبا دو برابر ارقام به ثبت رسيده پيشين از عدد پي استفاده کرده است. محاسبه اين عدد 23 روز زمان برده و هزار رايانه از رايانه هاي شرکت ياهو درگير آن بوده اند اين در حالي است که استفاده از رايانه هاي معمولي براي محاسبه چنين عددي به 500 سال زمان نياز داشته است.
براي حل بخش اصلي اين مسئله زمينه استفاده از فناوري Mapreduce گوگل به وجود آمد، نرم افزاري که مسئله هاي بزرگ را به مسائلي خردتر و کوچکتر تقسيم مي کند و با ترکيب پاسخ هاي اين مسئله هاي جزئي تر اقدام به يافتن پاسخ نهايي مي کند. در شرکت ياهو از خوشه اي هزار رايانه اي از اين الگوريتم براي حل معادله اي که ارقامي خاص از عدد پي را تعيين مي کرد، استفاده شد.
تلاش براي محاسبه طولاني ترين امتداد براي عدد پي از گذشته به رقابتي جدي و مهم ميان رياضيدانان تبديل شده است اما رويکرد جديد بسيار متفاوت از محاسبه تمامي ارقام عدد پي براي شکستن رکورد طولاني ترين دنباله اين عدد است و به محاسبه تک رقم ها در جايگاهي تعيين شده در دنباله عدد پي مي پردازد. رکورد پيشين طولاني ترين ارقام محاسبه شده عدد پي به ژانويه سال جاري باز مي گردد که در آن تاريخ 2.7 تريليون رقم از اين عدد محاسبه شد.
هر يک از رايانه هاي Hadoop بر روي فرمولي کار مي کردند که معادله اي پيچيده عدد پي را به مراحل رياضياتي کوچکتري تقسيم مي کرد که پاسخ هر يک از آنها يکي از ارقام عدد پي به شمار مي رفت.
دانشمندان و رياضيدانان معتقدند اين شيوه از محاسبه تک رقمهاي عدد پي علاوه بر ايجاد فرصتي مناسب براي آزمودن توانايي سخت افزارها و تکنولوژي هاي رايانه اي جديد مشابه Hadoop، در فيزيک، رمزنگاري و اکتشاف داده ها بسيار کاربردي خواهد بود.

روش خیام(هندسی) در حل معادله درجه 3

حدود 900 سال پیش ،خیام روشی هندسی برای حل معادله ي درجه ي سوم به شكل:

                           () ارائه کرد که در اين جا به آن پرداخته ايم:

1)ابتدا یک سهمی به معادله ي را رسم می کنیم.

2)دایره اي به قطر رسم می کنیم ،به طوری که مرکز آن روی محور xها قرار داشته ودایره بر محور yها مماس باشد.(مانند آن چه که در شکل زیر آمده است.)

 

3)دایره ي رسم شده،سهمی رادرنقطه ي P قطع می کند،از P عمودی برمحور xها رسم کرده و نقطه ي تقاطع را Q می ناميم.

اندازه ي پاره خط AQ ريشه ي معادله است.

 اثبات:معادله ي دايره ي به مركزو شعاع عبارت است از:.اگر اين دايره را با سهميقطع دهيم به معادله ي مي رسيم و اين يعني اندازه ي پاره خط AQ ريشه ي معادله ي درجه ي سوم مزبور است.

دهه ریاضیات

ما نيازمند ‌احساس‌ ‌عظمت‌ و شان‌ و زيبايى‌ رياضى‌ به‌‌عنو‌ان‌ يک‌ موفقيت‌ ‌اساسى‌ نو‌ع‌ بشر ‌هستيم‌ ـ نه‌ فقط‌ تو‌انايى‌ رياضى‌ بر‌ا‌ى‌ کار‌ها‌ى‌ ‌عملى‌ ـ بلکه‌ تصور يک‌ کل‌ سازمان‌ يافته‌، تصور تلاش‌‌ها‌ى‌ بيکر‌ان‌
بى‌تزوير و ‌اصيلى‌ که‌ توسط‌ ذ‌هن‌ بشر، در طى‌ ‌هز‌ار‌ان‌ سال‌ ‌انجام‌ شده‌ ‌است‌ تا به‌ خلق‌ ‌اين‌ ساختار پويا، منسجم‌ و ‌هما‌هنگ‌ منتهى‌ شود.
                                                                                           ‌افر‌ايم‌ فيشباين (‌۱۹۹۳)
                                               موسس‌ و ‌اولين‌ رئيس‌ گروه‌ بين‌‌المللى‌ رو‌ان‌شناسى‌ ‌آموزش‌ رياضى‌

در ‌آخرين‌ د‌هه‌ قرن‌ گذشته‌، به‌ مناسبت‌ سال‌ جهانى‌ رياضيات‌ ۲۰۰۰، فعاليت‌‌ها‌ى‌ مختلفى‌ در ‌اير‌ان‌ و جهان‌، ‌انجام‌ شد. يکى‌ ‌از سه‌ شعار محور‌ى‌ ‌اين‌ سال‌، بهبود تصور ‌عمومى‌ نسبت‌ به‌ رياضى‌ و حضور ‌آن‌ در ‌عصر ‌ارتباطات‌ بود که‌ در و‌اقع‌، در ر‌استا‌ى‌ تحقيق‌ ‌هدف‌ ‌همگانى‌ يا مردمى‌ کردن‌ رياضى‌ بود.
رياضى‌، متکى‌ به‌ فعاليت‌‌ها‌ى‌ ‌انسانى‌ ‌است‌ و د‌ار‌ا‌ى‌ يک‌ تاريخ‌ ‌اجتما‌عى‌ و فر‌هنگى‌ ‌است‌. رياضى‌، ر‌ابطه‌‌ها‌ى‌ صميمى‌ با مباحث‌ فلسفى‌، معرفت‌ شناسى‌، ‌هستى‌ شناسى‌، ‌عملى‌ و ‌هنر‌ى‌ د‌ارد و بخشى‌ ‌از فعاليت‌‌ها‌ى‌ ‌همگانى‌ کردن‌ رياضى‌، شناسايى‌ و شناساندن‌ ر‌ابطه‌ بين‌ رياضى‌ با مباحث‌ فوق‌ ‌است‌. ‌از ‌اين‌ گذشته‌، نشان‌ د‌ادن‌ ر‌ابطه‌ بين‌ رياضى‌ در تمام‌ جلوه‌‌هايش‌ با دنيا‌ى‌ و‌اقعى‌، جزو فعاليت‌‌ها‌ى‌ ‌عمومى‌ يا ‌همگانى‌ کردن‌ رياضى‌ ‌است‌. و گرنه‌، و‌اد‌ار کردن‌ ‌همگان‌ به‌ يادگير‌ى‌ رياضى‌، ‌آرزو‌ى‌ جذب‌ تمام‌ نخبگان‌ به‌ رياضى‌ ، يا تبليغ‌ رياضى‌ در ‌هر کو‌ى‌ و برزن‌، و به‌ زور، قبولاندن‌ ‌اين‌ نکته‌ به‌ ‌همگان‌ که‌ رياضى‌ به‌ درد ‌همه‌ مى‌خورد! و بر ‌هر درد بى‌درمان‌ دو‌است‌!، ‌هدف‌ ‌همگانى‌ کردن‌ رياضى‌ ر‌ا تامين‌ نمى‌کند.
موگان‌ نيس‌، دبير سابق‌ کمسيون‌ بين‌‌المللى‌ رياضى (ICMI)، با تاکيد بر ‌اين‌ که‌ ‌هدف‌ ‌اصلى‌ سال‌ جهانى‌ رياضيات‌، مريى‌ ساختن‌ رياضى‌ و نقش‌ ‌آن‌ در جامعه‌ و ‌انظار ‌عمومى‌ ‌است‌، خاطرنشان‌ مى‌کند که‌ بنابر، ‌هدف‌ ما، نبايد تبليغ‌ بر‌ا‌ى‌ رياضى‌ به‌ گونه‌‌ا‌ى‌ باشد که‌ جامعه‌ نسبت‌ به‌ رياضى‌، مفتون‌ و شگفت‌زده‌ شود، زير‌ا چنين‌ تبليغاتى‌، نمى‌تو‌اند کسانى‌ ر‌ا که‌ ‌انتظار د‌اريم‌ جذب‌ کنيم‌، مخاطب‌ قر‌ار د‌هد. بر‌عکس‌، چنين‌ تبليغاتى‌ بيشتر حالت‌ د‌افع‌ د‌ارند. به‌ گفته‌ و‌ى‌، بايد طبيعت‌ پنج‌ گانه‌ رياضى‌،
يعنى‌ ‌علم‌ محض‌، ‌علم‌ کاربرد‌ى‌، نظامى‌ ‌از ‌ابز‌ار‌ها‌ى‌ مختلف‌ بر‌ا‌ى‌ ‌ا‌عمال‌ و تصميم‌گير‌ى‌‌ها، حوزه‌ زيبايى‌ شناسى‌ و بالاخره‌، يکى‌ ‌از ‌عمده‌ترين‌ موضو‌ع‌‌ها‌ى‌ تدريس‌ و يادگير‌ى‌ در ‌عصر جديد، ‌آشکار گردد و بهتر ‌است‌ به‌ جا‌ى‌ ‌ادّ‌عا کردن‌، ‌اين‌ خو‌اص‌ رياضى‌ ر‌ا نشان‌ د‌هيم‌. (خبرنامه‌ سال‌ جهانى‌ رياضيات‌: سال‌ ۲۰۰۰، شماره‌ ۳، سال ‌۱۹۹۵) نشان‌ د‌ادن‌ ‌اين‌ خو‌اص‌ رياضى‌، وقتى‌ بيشتر ضرورت‌ مى‌يابد که‌ پوشش‌ جهانى‌ ‌آموزش‌ ‌عمومى‌ و تخصصى‌، به‌طور فز‌اينده‌‌ا‌ى‌، وسيع‌تر مى‌شود و ‌اين‌ وسعت‌، نيازمند‌ى‌ ‌همگان‌ ر‌ا به‌ رياضى‌، ‌افز‌ايش‌ مى‌د‌هد. ‌هم‌چنين‌، توسعه‌ وپيشرفت‌ در حوزه‌‌ها‌ى‌ ديگر و نقش‌ برجسته‌ رياضى‌ در ‌آن‌ پيشرفت‌‌ها، نياز ‌افزون‌تر‌ى‌ ر‌ا بر‌ا‌ى‌ يادگير‌ى‌ رياضى‌، ‌ايجاد کرده‌ ‌است‌.
‌از ‌اين‌ گذشته‌، در ‌عصر ‌ارتباطات‌ و ‌اطلا‌عات‌، که‌ تکنولوژ‌ى‌ ‌ابز‌ار ‌اصلى‌ ‌آن‌ ‌است‌، ضرورت‌ د‌انستن‌ و به‌ کارگير‌ى‌ رياضى‌ ـ که‌ ‌هم‌ زبان‌ و ‌هم‌ بستر تکنولوژ‌ى‌ ‌است‌ ـ چشمگيرتر ‌از گذشته‌ ‌است‌. ‌اما بايد توجه‌ د‌اشت‌ که‌ در ‌هز‌اره‌ جديد، رياضياتى‌ قدرت‌ حضور و بقا ر‌ا در صحنه‌‌ها‌ى‌ ‌اجتما‌عى‌ و ‌آموزشى‌ د‌ارد، که‌ تضمين‌ کننده‌ تنو‌ع‌، مساو‌ات‌ ‌آموزشى‌ و دست‌يابى‌ به‌ ‌امکانات‌ ‌آموزشى‌ يعنى‌ ‌عد‌الت‌ ‌آموزشى‌ بر‌ا‌ى‌ ‌همگان‌ باشد، و تو‌انايى‌ نقد کردن‌، ‌استدلال‌ کردن‌ و مباحثه‌ ر‌ا در ‌افر‌اد ‌ايجاد کند. به‌خصوص‌ ‌اين‌ که‌ در ‌عصر جديد، گوناگونى‌ ‌انسان‌‌ها، تنو‌ع‌ مشا‌غل‌ و و‌ابستگى‌ ‌آن‌‌ها به‌ رياضى‌، سر‌عت‌ ‌غيرقابل‌ تصور تکنولوژ‌ى‌، رشد لحظه‌ به‌ لحظه‌ ‌علوم‌، برتر‌ى‌ فکر به‌ ‌عمل‌، نيازمند‌ى‌‌ها‌ى‌ روبه‌ تز‌ايد شهروند‌ان‌ به‌ يادگير‌ى‌، رقابت‌‌ها‌ى‌ بين‌‌المللى‌ و نياز‌ها‌ى‌ بومى‌ و بسيار‌ى‌ ‌عو‌امل‌ ديگر، نياز به‌ رياضى‌ متنو‌ع‌ و پنج‌گانه‌‌ا‌ى‌ ر‌ا که‌ نيس‌ به‌ ‌آن‌‌ها ‌اشاره‌ کرده‌ ‌است‌، بيشتر و بيشتر مى‌کند.
‌علاوه‌ بر ‌اين‌‌ها، تنو‌ع‌ تغيير‌ات‌ در رياضى‌، و تفاوت‌ نيازمند‌ى‌‌ها‌ى‌ ‌افر‌اد در مشا‌غل‌ و حرفه‌‌ها‌ى‌ ديگر نسبت‌ به‌ رياضى‌، ضرورت‌ تنو‌ع‌ در برنامه‌‌ها‌ى‌ ‌آموزشى‌ و درسى‌ رياضى‌ ر‌ا پيش‌ ‌از گذشته‌، ‌ايجاب‌ مى‌کند. در و‌اقع‌، ‌همگانى‌ کردن‌ رياضى‌، به‌ منزله‌ ‌ايجاد فرصت‌‌ها‌ى‌ مناسب‌ بر‌ا‌ى‌ ‌عموم‌ شهروند‌ان‌ ‌است‌ تا به‌ تناسب‌ ‌علاقه‌ و نياز خود، با جلوه‌‌ها‌ى‌ مختلف‌ رياضى‌ ‌آشنا شوند و ‌از ‌آن‌، بهره‌ ببرند.
‌انجمن‌ رياضى‌ ‌اير‌ان‌، با پذيرش‌ ضرورت‌ تغيير تصور ‌عمومى‌ نسبت‌ به‌ رياضى‌، مصمّم‌ شد تا به‌ منظور پيگير‌ى‌ و تحقق‌ ‌اين‌ ‌هدف‌ جهانى‌ رياضيات‌، فعاليت‌‌ها‌ى‌ ‌همگانى‌ کردن‌ رياضى‌ ر‌ا بعد ‌از سال‌ ۲۰۰۰ نيز، دنبال‌ کند. به‌ ‌همين‌ مناسبت‌، ‌اول‌ تا د‌هم‌ ‌آبان‌ ‌هر سال‌، د‌هه‌ رياضيات‌ نامگذ‌ار‌ى‌ شد و ‌اولين‌ د‌هه‌، در سال‌ ۱۳۸۲، برگز‌ار گرديد. سال‌ گذشته‌، نشان‌ د‌اد که‌ با وجود زمان‌ ‌اندک‌ بر‌ا‌ى‌ برنامه‌ريز‌ى‌ و کمبود تجربه‌، ‌اين‌ د‌هه‌، با‌عث‌ ‌ايجاد تحرک‌ قابل‌ توجهى‌ در جامعه‌ رياضى‌ شد.

برگز‌ار‌ى‌ ‌اولين‌ د‌هه‌، منافع‌ سرشار‌ى‌ د‌اشت‌ که‌ در زير به‌ چند مورد ‌اشاره‌ مى‌شود:
برگز‌ار‌ى‌ ‌اولين‌ د‌هه‌ رياضيات‌، نشان‌ د‌اد که‌ در شرو‌ع‌:
ـ ‌علاقه‌ و ‌انگيزه‌، تا حد زياد‌ى‌ کمبود تجربه‌ ر‌ا جبر‌ان‌ مى‌کند؛
ـ کمبود تجربه‌، ضعف‌‌ها و کاستى‌‌ها ر‌ا برجسته‌تر مى‌کند؛
ـ ضعف‌‌ها و کاستى‌‌ها، نياز به‌ مطالعه‌ ر‌ا بيشتر مى‌کند؛
ـ مطالعه‌، دريچه‌‌ها‌ى‌ تازه‌‌ا‌ى‌ ر‌ا به‌ رو‌ى‌ ما مى‌گشايد و ‌امکانات‌ جديد ‌علمى‌ و ‌عملى‌ ‌ايجاد مى‌کند؛
ـ دريچه‌‌ها‌ى‌ تازه‌، وسعت‌ ديد ر‌ا زيادتر مى‌کند و منابع‌ وسيع‌تر‌ى‌ ر‌ا قابل‌ ‌استفاده‌ مى‌نمايد؛
ـ ‌استفاده‌ ‌از ‌امکانات‌ جديد ‌علمى‌ و ‌عملى‌، مستلزم‌ ‌همکار‌ى‌ ‌همگان‌ ‌است‌؛؛
ـ ‌استفاده‌ ‌از ‌همه‌ ‌امکانات‌ بر‌ا‌ى‌ ‌همگانى‌ کردن‌ رياضيات‌ و ما‌هيت‌ جامعه‌‌ا‌ى‌ ‌است‌ که‌ در ‌آن‌، زندگى‌ مى‌کنيم‌؛
ـ ‌همگانى‌ کردن‌ رياضيات‌، نيازمند مطالعه‌ وسيع‌ در ما‌هيت‌ رياضى‌ و ما‌هيت‌ جامعه‌‌ا‌ى‌ ‌است‌ که‌
در ‌آن‌، زندگى‌ مى‌ کنيم‌؛
ـ تغيير تصور ‌عمومى‌ نسبت‌ به‌ ‌هر چيز ‌از جمله‌ رياضى‌، يک‌ کار فر‌هنگى‌ چند بعد‌ى‌ و چند وجهى‌ ‌است‌ و با نصيحت‌ کردن‌ و تحکم‌ کردن‌، ‌امکان‌پذير نيست‌؛
ـ پس‌ لازم‌ به‌ ذکر ‌است‌ که‌ به‌ جا‌ى‌ ‌اد‌عا کردن‌، خو‌اص‌ مختلف‌ رياضى‌ ر‌ا نشان‌ د‌هيم‌