巴都万数列

✍ dations ◷ 2025-06-29 10:49:38 #整数数列

巴都万数列(Padovan Sequence)是一个整数数列,由起始数值 P 1 = P 2 = P 3 = 1 {\displaystyle P_{1}=P_{2}=P_{3}=1} 和递归关系 P n = P n 2 + P n 3 {\displaystyle P_{n}=P_{n-2}+P_{n-3}} 定义。

首数个值为1, 1, 1, 2, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 12, 16, 21, 28, 37 ...(OEIS:A000931)

此数列以建筑师理察·巴都万命名,他的论文Dom(1994年)提及Hans Van Der Laan应用银数在建筑方面。1996年6月,艾恩·史都华在《科学美国人》杂志提到这个数列。

佩兰数列满足相同的递归关系。它亦可从巴都万数列定义: P e r r i n n = P n + 1 + P n 10 {\displaystyle Perrin_{n}=P_{n+1}+P_{n-10}}

使用递归关系 P n = P n + 3 P n + 1 {\displaystyle P_{-n}=P_{-n+3}-P_{-n+1}} 可将巴都万数列推广到负数项。这样的定义跟将斐波那契数推广到反斐波那契数列相似。另一方面,反斐波那契数列取绝对值便和斐波那契数列相等,但反巴都万数列却不:

... -7, 4, 0, -3, 4, -3, 1, 1, -2, 2, -1, 0, 1, -1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1 ...

n {\displaystyle n} 项(包括第0项)之和比 P n + 5 {\displaystyle P_{n+5}} 少2:

下面是每隔数项的和:

下面的恒等式跟项与项的乘积之和有关:

巴都万数列跟二项式系数之和有关:

x 3 x 1 = 0 {\displaystyle x^{3}-x-1=0} 有三个根:唯一的实数根 p {\displaystyle p} (即银数)和两个复数根 q {\displaystyle q} r {\displaystyle r}

因为 q {\displaystyle q} r {\displaystyle r} 的绝对值都少于1,当 n {\displaystyle n} 趋近无限,其幂会趋近0。因此,对于很大的 n {\displaystyle n} ,可以以下面的公式估计:

从上面的公式亦知 P n + 1 P n {\displaystyle {\frac {P_{n+1}}{P_{n}}}} 的值趋近银数。

P n {\displaystyle P_{n}} 可以用不同的整数分拆来定义。

巴都万数列的生成函数为

它可以用于证明巴都万数跟几何级数的项的积的等式,例如:

巴都万数列可以一般化成一个多项式的集。

首七个巴都万多项式为:

n {\displaystyle n} 个巴都万数即 P n ( 1 ) {\displaystyle P_{n}(1)}

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