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Un análogo de Hensel ' s de elevación para los números de Fibonacci

Deje $F_0, F_1, F_2, \ldots$ ser los números de Fibonacci, que se define por $F_0 = 0$, $F_1 = 1$ y $F_n = F_{n-1} + F_{n-2}$ todos los $n\geq 2$.

En esta pregunta Oleg567 conjeturó el siguiente hecho interesante acerca de los números de Fibonacci: $$ k\mid F_n\quad\Longrightarrow\quad k^d\mid F_{k^{d-1}n} $$ donde$k \in \mathbb{N}$$n \in \mathbb{N}$. Esto puede considerarse como un análogo de Hensel elevación del lexema.

Yo estaría encantado de darle una prueba (después de la de compartir sus conocimientos, Q&a-style), basado en un simple combinatoria de identidad, y ver si a los demás a salir con el más elegante.

17voto

Roger Hoover Puntos 56

Paso 1. Dado que, por la fórmula de Binet, $$ F_n = \frac{1}{\sqrt{5}}\left(\sigma^n-\bar{\sigma}^n\right), $$ donde$\sigma+\bar{\sigma}=1$$\sigma\bar{\sigma}=-1$, tenemos: $$ F_m \mid F_{mn}, $$ ya en $\mathbb{Z}[x,y]$ el polinomio $x^m-y^m$ divide el polinomio $x^{mn}-y^{mn}$.

Paso 2. Podemos demostrar nuestra declaración, asumiendo sin pérdida de generalidad que $k$ es una fuente primaria de energía. El teorema Chino en conjunción con el Paso 1 de las subvenciones que si la declaración tiene al $k$ es una fuente primaria de energía, entonces se cumple para cada entero.

Paso 3. El Pisano período de Fibonacci y Lucas secuencias de $\!\!\pmod{2}$$3$. En particular, $F_n$ (así como de $L_n$) es aún el fib $n$ es un múltiplo de a $3$. Por otra parte, $$ F_{2n} = F_n \cdot L_n.$$

Paso 4. Suponiendo que $2^h\mid F_n$ tenemos $n=3m$ en virtud del Paso 3, y: $$ F_{2^{(d-1)h}n} = F_{2^{(d-1)h}3m} = F_{2^{(d-1)h-1}3m}L_{2^{(d-1)h-1}3m} = F_{3m}\cdot\prod_{j=0}^{(d-1)h-1}L_{3\cdot 2^j m}, $$ así: $$ \nu_2(F_{2^{(d-1)h}n})\geq \nu_2(F_{n}) + (d-1)h \geq dh,$$ ya que cada término del producto es aún. Así que sólo demostró la declaración en caso de que $k$ es una potencia de $2$.

Paso 5. Suponemos ahora que $k$ es impar. Desde $\frac{x^l-y^l}{x-y}=\sum_{j=0}^{l-1} x^j y^{l-1-j}$, tenemos: $$\frac{F_{kn}}{F_n}=\sum_{j=0}^{k-1} \sigma^{jn}\bar{\sigma}^{(k-1-j)n}=(-1)^{\frac{k-1}{2}n}+\sum_{j=0}^{\frac{k-1}{2}} (-1)^{jn} L_{(k-1-2j)n},$$ donde $L_a = \sigma^a + \bar{\sigma}^a$. Si ahora utilizamos la identidad: $$ L_{2a} = \sigma^{2a}+\bar{\sigma}^{2a} = 5 F_a^2 + 2(-1)^a$$ obtenemos: $$\frac{F_{kn}}{F_n}= (-1)^{\frac{k-1}{2}n}+\sum_{j=0}^{\frac{k-1}{2}} (-1)^{jn}\left(5 F_{\left(\frac{k-1}{2}-j\right)n}^2+2(-1)^{\left(\frac{k-1}{2}-j\right)n}\right).$$ Desde $F_n$ divide $F_{mn}$ $k$ divide $F_{n}$, la última suma $\pmod{k}$ es simplemente: $$ \frac{F_{kn}}{F_n}\equiv (-1)^{\frac{k-1}{2}n}+\sum_{j=0}^{\frac{k-1}{2}}2(-1)^{\frac{k-1}{2}n}\equiv k (-1)^{\frac{k-1}{2}n}\equiv 0\pmod{k}.$$ Por lo tanto, tenemos que $k\mid F_n$ implica $(k F_n)\mid F_{kn}$, y nuestra reivindicación de la siguiente manera por inducción.

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