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Demostrando la suma de Fibonacci $\sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{F_{n+2}}{F_{n+1}}-\frac{F_{n+3}}{F_{n+2}}\right) = \frac{1}{\phi^2}$ y sus amigos

En este artículo, (eq.92) tiene,

$$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n+1}}{F_{n+1}F_{n+2}} = \frac{1}{\phi^2}\tag1$$

y me preguntaba si esto podría generalizarse a los números tribonacci. Parece que sí. Dado los números Fibonacci, tribonacci, tetranacci (en general, los números k-step de Fibonacci) empezando con $n=1$,

$$F_n = 1,1,2,3,5,8\dots$$

$$T_n = 1, 1, 2, 4, 7, 13, 24,\dots$$

$$U_n = 1, 1, 2, 4, 8, 15, 29, \dots$$

y sus tasas límite, $x_k$, la raíz $x_k \to 2$ de,

$$(2-x)x^k = 1$$

con la constante de Fibonacci $x_2$, la constante tribonacci $x_3$, etc, se puede observar empíricamente que,

$$\sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{F_{n+2}}{F_{n+1}}-\frac{F_{n+3}}{F_{n+2}}\right) = \frac{1}{x_2^2}\tag2$$

$$\sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{T_{n+2}}{T_{n+1}}-\frac{T_{n+3}}{T_{n+2}}\right) = \frac{1}{x_3^3}$$

$$\sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{U_{n+2}}{U_{n+1}}-\frac{U_{n+3}}{U_{n+2}}\right) = \frac{1}{x_4^4}$$

y así sucesivamente. P: ¿Cómo podemos demostrar rigurosamente que la observación en efecto se cumple para todos los enteros $k\geq2$?

Editar:

Para abordar un comentario que desapareció, para transformar $(1)$ a $(2)$, usamos un caso especial de la identidad de Catalán,

$$F_{n+2}^2-F_{n+1}F_{n+3} = (-1)^{n+1}$$

por lo tanto,

$$\begin{aligned} \frac{(-1)^{n+1}}{F_{n+1}F_{n+2}} &= \frac{F_{n+2}^2-F_{n+1}F_{n+3}}{F_{n+1}F_{n+2}}\\ &= \frac{F_{n+2}}{F_{n+1}} - \frac{F_{n+3}}{F_{n+2}} \end{aligned}$$

por lo tanto la serie alternada $(1)$ es igual a $(2)$.

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thkim1011 Puntos 692

Comencemos con el caso de la secuencia de Fibonacci. Tenemos $$\sum_{n = 1}^k \left( \frac{F_{n+2}}{F_{n+1}} -\frac{F_{n+3}}{F_{n+2}} \right) = \left(\frac{F_3}{F_2} - \frac{F_4}{F_3}\right) + \left(\frac{F_4}{F_3} - \frac{F_5}{F_4}\right) + \cdots + \left(\frac{F_{k+2}}{F_{k+1}}- \frac{F_{k+3}}{F_{k+2}}\right)\\ = \frac{F_3}{F_2} - \frac{F_{k+3}}{F_{k+2}} = 2 - \frac{F_{k+3}}{F_{k+2}}.$$ Estableciendo el límite cuando $k$ tiende a infinito, obtenemos $$2 - \lim_{k\to\infty} \frac{F_{k+3}}{F_{k+2}} = 2- x = \frac{1}{x^2}$$ Si deseas más rigor, puedes transformar fácilmente esto en un argumento de inducción. Dado que $(2 - x)(x^2) = 1 \implies 2 - x = \frac{1}{x^2}$, se sigue el resultado. La prueba se generaliza muy fácilmente.

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