ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ---------------------------
ĐINH THỊ HUYỀN VỀ PHƢƠNG TRÌNH TUYẾN TÍNH VỚI CÁC SỐ FIBONACCI
Chuyên ngành: Phƣơng pháp Toán sơ cấp
Mã số: 8 46 01 13
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. NÔNG QUỐC CHINH
THÁI NGUYÊN - 2019
i
M(cid:246)c l(cid:246)c
L(cid:237)i c£m (cid:236)n 1
M(cid:240) (cid:31)ƒu 2
1 Mºt sŁ ki‚n thøc chu'n b(cid:224)
1.1 D¢y Fibonacci v(cid:160) d¢y Lucas . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 B(cid:160)i to¡n 779 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 B(cid:160)i to¡n 804 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 6 7
2 C¡c ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tuy‚n t‰nh v(cid:238)i c¡c sŁ Fibonacci
2.1 Gi(cid:238)i thi»u b(cid:160)i to¡n tŒng qu¡t, c¡c kh¡i ni»m . . . . . . . . 2.2 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp m = 3 v(cid:160) m = 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp tŒng qu¡t 2.4 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp x(i) < b, v(cid:238)i m(cid:229)i i . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp t(cid:231)n t⁄i i (cid:31)” x(i) ≥ b . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Mºt sŁ k‚t qu£ v• t‰nh ch§t cıa t“p S1 . . . . . . . . . . . 2.7 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp b l· . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8 Chøng minh (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.3.1 ( (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) ng¤u nhi¶n) . . . . . . 9 9 13 16 22 25 29 33 36
K‚t lu“n 38
T(cid:160)i li»u tham kh£o 39
1
L(cid:237)i c£m (cid:236)n
Tr(cid:247)(cid:238)c h‚t, t(cid:230)i xin gßi l(cid:237)i bi‚t (cid:236)n ch¥n th(cid:160)nh (cid:31)‚n PGS. TS. N(cid:230)ng QuŁc Chinh (cid:31)¢ h(cid:247)(cid:238)ng d¤n t(cid:230)i ho(cid:160)n th(cid:160)nh b£n lu“n v«n n(cid:160)y. Khi b›t (cid:31)ƒu nh“n (cid:31)• t(cid:160)i th(cid:252)c s(cid:252) t(cid:230)i c£m nh“n (cid:31)• t(cid:160)i mang nhi•u nºi dung m(cid:238)i m·. H(cid:236)n nœa v(cid:238)i vŁn ki‚n thøc ‰t (cid:228)i n¶n r§t kh(cid:226) (cid:31)” ti‚p c“n (cid:31)• t(cid:160)i. M(cid:176)c d(cid:242) r§t b“n rºn trong c(cid:230)ng vi»c nh(cid:247)ng Thƒy v¤n d(cid:160)nh nhi•u th(cid:237)i gian v(cid:160) t¥m huy‚t trong vi»c h(cid:247)(cid:238)ng d¤n, (cid:31)ºng vi¶n khuy‚n kh‰ch t(cid:230)i trong suŁt th(cid:237)i gian t(cid:230)i th(cid:252)c hi»n (cid:31)• t(cid:160)i. Trong qu¡ tr…nh ti‚p c“n (cid:31)• t(cid:160)i (cid:31)‚n qu¡ tr…nh ho(cid:160)n thi»n lu“n v«n Thƒy lu(cid:230)n t“n t…nh ch¿ b£o v(cid:160) t⁄o (cid:31)i•u ki»n tŁt nh§t cho t(cid:230)i ho(cid:160)n th(cid:160)nh lu“n v«n. Cho (cid:31)‚n b¥y gi(cid:237) lu“n v«n th⁄c s(cid:190) cıa t(cid:230)i (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc ho(cid:160)n th(cid:160)nh, xin c£m (cid:236)n Thƒy (cid:31)¢ (cid:31)(cid:230)n (cid:31)Łc nh›c nh(cid:240) t(cid:230)i.
T(cid:230)i xin tr¥n tr(cid:229)ng c£m (cid:236)n Ban Gi¡m hi»u, Khoa To¡n - Tin v(cid:160) PhÆng (cid:30)(cid:160)o t⁄o cıa tr(cid:247)(cid:237)ng (cid:30)⁄i h(cid:229)c Khoa h(cid:229)c - (cid:30)⁄i h(cid:229)c Th¡i Nguy¶n. T(cid:230)i xin tr¥n tr(cid:229)ng c£m (cid:236)n c¡c Thƒy, C(cid:230) (cid:31)¢ t“n t…nh truy•n (cid:31)⁄t nhœng ki‚n thøc qu(cid:254) b¡u c(cid:244)ng nh(cid:247) t⁄o m(cid:229)i (cid:31)i•u ki»n thu“n læi nh§t (cid:31)” t(cid:230)i ho(cid:160)n th(cid:160)nh lu“n v«n n(cid:160)y.
T(cid:230)i xin tr¥n tr(cid:229)ng c£m (cid:236)n Ban gi¡m hi»u, c¡c thƒy c(cid:230) gi¡o tr(cid:247)(cid:237)ng THPT Hoa L(cid:247) A - Ninh B…nh n(cid:236)i t(cid:230)i c(cid:230)ng t¡c (cid:31)¢ t⁄o (cid:31)i•u ki»n gi(cid:243)p (cid:31)(cid:239) t(cid:230)i ho(cid:160)n th(cid:160)nh c(cid:230)ng vi»c chuy¶n m(cid:230)n t⁄i nh(cid:160) tr(cid:247)(cid:237)ng (cid:31)” t(cid:230)i ho(cid:160)n th(cid:160)nh ch(cid:247)(cid:236)ng tr…nh h(cid:229)c t“p cao h(cid:229)c.
CuŁi c(cid:242)ng, t(cid:230)i xin ch¥n th(cid:160)nh b(cid:160)y t(cid:228) lÆng bi‚t (cid:236)n (cid:31)‚n gia (cid:31)…nh, b⁄n b–, nhœng ng(cid:247)(cid:237)i kh(cid:230)ng ngłng (cid:31)ºng vi¶n, hØ træ t⁄o m(cid:229)i (cid:31)i•u ki»n tŁt nh§t cho t(cid:230)i trong suŁt qu¡ tr…nh h(cid:229)c t“p v(cid:160) th(cid:252)c hi»n lu“n v«n.
Th¡i Nguy¶n, th¡ng 10 n«m 2019
T¡c gi£
(cid:30)inh Th(cid:224) Huy•n
2
M(cid:240) (cid:31)ƒu
Leonardo Pisano Bogollo (kho£ng 1170 (cid:21) kho£ng 1250), cÆn (cid:31)(cid:247)æc bi‚t (cid:31)‚n v(cid:238)i t¶n Leonardo cıa Pisa, hay phŒ bi‚n nh§t d(cid:247)(cid:238)i c¡i t¶n Fibonacci, l(cid:160) mºt nh(cid:160) to¡n h(cid:229)c ng(cid:247)(cid:237)i (cid:222) v(cid:160) (cid:230)ng (cid:31)(cid:247)æc mºt sŁ ng(cid:247)(cid:237)i xem l(cid:160) "nh(cid:160) to¡n h(cid:229)c t(cid:160)i ba nh§t th(cid:237)i Trung CŒ". Fibonacci nŒi ti‚ng trong th‚ gi(cid:238)i hi»n (cid:31)⁄i v… c(cid:226) c(cid:230)ng lan truy•n h» k(cid:254) sŁ Hindu-(cid:131) R“p (cid:240) ch¥u (cid:133)u, v(cid:160) (cid:31)(cid:176)c bi»t l(cid:160) d¢y sŁ hi»n (cid:31)⁄i mang t¶n (cid:230)ng, d¢y Fibonacci trong cuŁn s¡ch Liber Abaci.
D¢y sŁ Fibonacci l(cid:160) mºt trong nhœng v· (cid:31)(cid:181)p cıa kho t(cid:160)ng To¡n h(cid:229)c. D¢y Fibonacci xu§t hi»n v(cid:160) bi‚n h(cid:226)a v(cid:230) t“n trong t(cid:252) nhi¶n, v(cid:238)i r§t nhi•u t‰nh ch§t (cid:31)(cid:181)p v(cid:160) øng d(cid:246)ng quan tr(cid:229)ng. (cid:30)‚n nay c(cid:226) r§t nhi•u m(cid:240) rºng cıa d¢y Fibonacci nh(cid:247) d¢y k-Fibonacci... Hƒu h‚t nhœng t‰nh ch§t tŁt cıa nhœng d¢y n(cid:160)y (cid:31)•u xu§t ph¡t tł d¢y Fibonacci. Mºt d¢y t(cid:231)n t⁄i song song v(cid:238)i d¢y Fibonacci l(cid:160) d¢y Lucas. D¢y n(cid:160)y c(cid:226) nhi•u øng d(cid:246)ng (cid:31)(cid:176)c bi»t trong t…m nghi»m cıa c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh Diophantine. Hai d¢y n(cid:160)y l(cid:160) ch(cid:243)ng c(cid:226) mŁi li¶n h» ch(cid:176)t ch‡ v(cid:238)i nhau.
Trong t(cid:252) nhi¶n c(cid:226) nhi•u hi»n t(cid:247)æng, s(cid:252) v“t xu§t hi»n tr(cid:242)ng v(cid:238)i d¢y sŁ Fibonacci. Hƒu h‚t c¡c b(cid:230)ng hoa c(cid:226) sŁ c¡nh hoa l(cid:160) mºt trong c¡c sŁ 3, 5, 8. SŁ nh¡nh tł mºt c¥y khi (cid:31)i tł gŁc l¶n ng(cid:229)n c(cid:244)ng th(cid:247)(cid:237)ng tu¥n theo d¢y Fibonacci khi tł 1 nh¡nh l¶n 2 nh¡nh, 3 nh¡nh r(cid:231)i 5, 8, 13 nh¡nh. Nhœng chi‚c l¡ tr¶n mºt nh(cid:160)nh c¥y c(cid:244)ng t(cid:247)(cid:236)ng øng v(cid:238)i d¢y sŁ Fibonacci. Trong lu“n v«n n(cid:160)y ch(cid:243)ng ta (cid:31)i t…m hi”u c¡c b(cid:160)i to¡n ri¶ng, b(cid:160)i to¡n tŒng qu¡t v• ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tuy‚n t‰nh trong (cid:31)(cid:226) c¡c h» nghi»m l(cid:160) c¡c sŁ Fibonacci.
Nºi dung cıa lu“n v«n tr…nh b(cid:160)y trong hai ch(cid:247)(cid:236)ng. Ch(cid:247)(cid:236)ng 1 d(cid:160)nh (cid:31)” tr…nh b(cid:160)y l⁄i sŁ ki‚n thøc li¶n quan (cid:31)‚n sŁ Fibonacci v(cid:160) sŁ Lucas, gi(cid:238)i thi»u hai b(cid:160)i to¡n 779 v(cid:160) 804 v(cid:160) l(cid:237)i gi£i cıa hai b(cid:160)i to¡n n(cid:160)y. C¡c k‚t qu£ (cid:31)¢ bi‚t cıa ch(cid:247)(cid:236)ng n(cid:160)y (cid:31)(cid:247)æc vi‚t theo t(cid:160)i li»u [1], [2], [3].
Ch(cid:247)(cid:236)ng 2 ta t“p trung (cid:31)i t…m hi”u b(cid:160)i to¡n tŒng qu¡t, l(cid:237)i gi£i b(cid:160)i to¡n
3
trong khi m = 3, 4 tł (cid:31)(cid:226) (cid:31)(cid:247)a ra d(cid:252) (cid:31)o¡n l(cid:237)i gi£i cho b(cid:160)i to¡n tŒng qu¡t. C(cid:246) th” trong phƒn 2.1 gi(cid:238)i thi»u b(cid:160)i to¡n tŒng qu¡t. Phƒn 2.2 tr…nh b(cid:160)y l(cid:237)i gi£i trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp m = 3 ho(cid:176)c 4. Phƒn 2.3 tr…nh b(cid:160)y l(cid:237)i gi£i cho tr(cid:247)(cid:237)ng hæp tŒng qu¡t (cid:31)(cid:226) l(cid:160) (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) ng¤u nhi¶n. Phƒn 2.4 (cid:31)‚n h‚t 2.8 l(cid:160) c¡c k‚t qu£ xoay quanh vi»c chøng minh cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) ng¤u nhi¶n. C¡c k‚t qu£ (cid:31)¢ bi‚t cıa ch(cid:247)(cid:236)ng n(cid:160)y (cid:31)(cid:247)æc vi‚t theo t(cid:160)i li»u [4].
4
Ch(cid:247)(cid:236)ng 1
Mºt sŁ ki‚n thøc chu'n b(cid:224)
1.1 D¢y Fibonacci v(cid:160) d¢y Lucas
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 1.1.1. D¢y sŁ Fibonacci, k(cid:254) hi»u (Fn)n∈N (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:224)nh ngh(cid:190)a b(cid:240)i c(cid:230)ng thøc truy h(cid:231)i
(cid:40) F0 = 0, F1 = 1, Fn+1 = Fn + Fn−1,
(n ≥ 1),
(cid:240) (cid:31)¥y Fn l(cid:160) sŁ h⁄ng thø n cıa d¢y sŁ Fibonacci.
C¡c sŁ (cid:31)ƒu ti¶n cıa d¢y Fibonacci:
1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, . . . .
Tł h» thøc truy h(cid:231)i cıa d¢y Fibonacci ta c(cid:226)
Fn+2 − Fn+1 − Fn = 0,
v(cid:238)i m(cid:229)i n ≥ 0. Do (cid:31)(cid:226) ta c(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh x2 − x − 1 = 0 hay x2 = x + 1. Nh¥n hai v‚ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh v(cid:238)i xn−1 ta (cid:31)(cid:247)æc
xn+1 = xn + xn−1. (1.1)
Rª r(cid:160)ng n‚u ϕ l(cid:160) mºt nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (1.1) th… 1 − ϕ c(cid:244)ng l(cid:160) mºt nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (1.1). Do (cid:31)(cid:226)
ϕn+1 = ϕn + ϕn−1 v(cid:160) (1 − ϕ)n+1 = (1 − ϕ)n + (1 − ϕ)n−1.
V(cid:238)i mØi c(cid:176)p sŁ th(cid:252)c a, b, ta (cid:31)(cid:176)t Fa,b (n) = aϕn + b(1 − ϕ)n. Khi (cid:31)(cid:226) t§t
c£ c¡c h(cid:160)m n(cid:160)y th(cid:228)a m¢n h» thøc truy h(cid:231)i Fibonacci.
5
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 1.1.2. C¡c h(cid:160)m Fa,b (n) = aϕn + b(1 − ϕ)n (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) h(cid:160)m sinh.
Trong (cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a d¢y Fibonacci, c¡c sŁ h⁄ng cıa d¢y (cid:31)(cid:247)æc cho d(cid:247)(cid:238)i d⁄ng truy h(cid:231)i n¶n khi sß d(cid:246)ng d¢y (cid:31)(cid:230)i khi g(cid:176)p kh(cid:226) kh«n. M»nh (cid:31)• sau (cid:31)¥y cho ta c(cid:230)ng thøc t(cid:247)(cid:237)ng minh cıa d¢y Fibonacci v(cid:160) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) c(cid:230)ng thøc Binet. C(cid:230)ng thøc Binet (cid:31)(cid:247)æc sß d(cid:246)ng hœu hi»u trong c¡c chøng minh sau n(cid:160)y.
√
(cid:17)n
(cid:17)n
5
5
√ (cid:16) 1+ 2
(cid:16) 1− 2
M»nh (cid:31)• 1.1.3. D¢y sŁ Fibonacci (cid:31)(cid:247)æc cho b(cid:240)i c(cid:230)ng thøc
− √ . Fn = 5
D¢y Lucas l(cid:160) mºt d¢y sŁ (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:176)t t¶n nh‹m vinh danh nh(cid:160) to¡n h(cid:229)c Fran(cid:11)cois (cid:146)douard Anatole Lucas (1842-1891), ng(cid:247)(cid:237)i (cid:31)¢ nghi¶n cøu d¢y sŁ Fibonacci, d¢y sŁ Lucas v(cid:160) c¡c d¢y t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252). GiŁng nh(cid:247) d¢y Fibonacci, mØi sŁ trong d¢y Lucas b‹ng tŒng cıa hai sŁ li•n tr(cid:247)(cid:238)c n(cid:226). D¢y sŁ g(cid:231)m th(cid:247)(cid:236)ng giœa hai sŁ Lucas li•n nhau s‡ hºi t(cid:246) (cid:31)‚n gi(cid:238)i h⁄n b‹ng t¿ l» v(cid:160)ng. Tuy v“y kh¡c v(cid:238)i d¢y Fibonacci, hai sŁ (cid:31)ƒu ti¶n trong d¢y Lucas l(cid:160) L0 = 2 v(cid:160) L1 = 1 (trong d¢y Fibonacci l(cid:160) 0 v(cid:160) 1). Ch‰nh v… th‚ m(cid:160) mºt sŁ t‰nh ch§t cıa sŁ Lucas s‡ kh¡c v(cid:238)i sŁ Fibonacci.
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 1.1.4. Cho r, s l(cid:160) c¡c sŁ nguy¶n kh¡c kh(cid:230)ng. D¢y Lucas øng v(cid:238)i c(cid:176)p (r, s) (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:224)nh ngh(cid:190)a l(cid:160):
u0(r, s) = 0, u1(r, s) = 1, un(r, s) = run−1 + sun−2 (n ≥ 2) .
Trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp (r, s) = (1, 1) ta k‰ hi»u sŁ h⁄ng thø n cıa d¢y l(cid:160) Ln v(cid:160) g(cid:229)i ng›n g(cid:229)n l(cid:160) d¢y Lucas. T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) nh(cid:247) d¢y Fibonacci, b‹ng quy n⁄p ta c(cid:226) th” chøng minh (cid:31)(cid:247)æc d¢y Lucas (cid:31)(cid:247)æc cho b(cid:240)i c(cid:230)ng thøc sau.
(cid:33)n
(cid:32)
(cid:33)n
√ √ M»nh (cid:31)• 1.1.5. V(cid:238)i m(cid:229)i sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng n, ta c(cid:226) (cid:32) 5 5 − Ln = 1 + 2 1 − 2
Tł M»nh (cid:31)• 1.1.3 v(cid:160) M»nh (cid:31)• 1.1.5 ta c(cid:226) (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) sau. (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) cho ta
mŁi li¶n h» giœa c¡c sŁ h⁄ng tŒng qu¡t cıa d¢y Fibonacci v(cid:160) d¢y Lucas.
6
(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 1.1.6. V(cid:238)i m(cid:229)i sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng n > m, ta c(cid:226) FnLm = Fn+m + Fn−m.
1.2 B(cid:160)i to¡n 779
V(cid:238)i mØi sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng n ta (cid:31)(cid:176)t F−n = (−1)nFn v(cid:160) Ln = (−1)nLn.
N«m 1995, t⁄p ch‰ (cid:16)The Fibonacci Quarterly(cid:17) sŁ 33.1 (cid:31)¢ gi(cid:238)i thi»u b(cid:160)i
to¡n B.779 cıa Andrew Cusumano. Nºi dung cıa b(cid:160)i to¡n (cid:31)(cid:226) l(cid:160):
T…m c¡c sŁ nguy¶n a, b, c v(cid:160) d th(cid:228)a m¢n 1 < a < b < c < d sao cho (cid:31)(cid:231)ng
nh§t thøc sau l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i m(cid:229)i sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng n.
(1.2) Fn = Fn−a + 6Fn−b + Fn−c + Fn−d
(cid:30)¢ c(cid:226) nhi•u nh(cid:160) to¡n h(cid:229)c kh¡c nhau gßi l(cid:237)i gi£i (cid:31)‚n t⁄p ch‰ (cid:16)The
Fibonacci Quarterly(cid:17), hƒu h‚t c¡c nh(cid:160) to¡n h(cid:229)c ch¿ gßi (cid:31)‚n l(cid:237)i gi£i
a = 2, b = 5, c = 6, d = 8
v(cid:160) khflng (cid:31)(cid:224)nh r‹ng vi»c chøng minh (cid:31)flng thøc
(1.3) Fn = Fn−2 + 6Fn−5 + Fn−6 + Fn−8
b‹ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p chøng minh quy n⁄p theo n l(cid:160) (cid:31)(cid:236)n gi£n. Ch¿ c(cid:226) Bruck- man v(cid:160) Figghion (cid:31)¢ chøng minh c(cid:246) th” v(cid:160) ch¿ ra c¡ch t…m a, b, c, d. Tuy nhi¶n, c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p ti‚p c“n v(cid:160) gi£i quy‚t b(cid:160)i to¡n d(cid:247)(cid:237)ng nh(cid:247) kh(cid:230)ng c(cid:226) t‰nh kh¡i qu¡t. Ta c(cid:226) th” c(cid:226) chøng minh (cid:31)flng thøc (1.3) b‹ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p quy n⁄p theo n nh(cid:247) sau:
V(cid:238)i n = 8 th… ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (1.3) t(cid:247)(cid:236)ng (cid:31)(cid:247)(cid:236)ng v(cid:238)i
F8 = F6 + 6F3 + F2 + F0.
(cid:30)flng thøc hi”n nhi¶n (cid:31)(cid:243)ng v… F8 = 21, F6 = 8, F3 = 2, F2 = 1, F0 = 0.
Gi£ sß (cid:31)flng thøc (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i m(cid:229)i sŁ t(cid:252) nhi¶n 8 ≤ k ≤ n. Ta chøng minh (1.3) (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i k = n + 1. Theo (cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a d¢y Fibonacci v(cid:160) gi£ thi‚t quy
7
n⁄p ta c(cid:226)
(cid:1)
Fn+1 = Fn + Fn−1
= (Fn−2 + 6Fn−5 + Fn−6 + Fn−8) + (cid:0)F(n−1)−2 + 6F(n−1)−5 + F(n−1)−6 + F(n−1)−8 = (Fn−2 + Fn−3) + 6 (Fn−5 + Fn−6) + (Fn−6 + Fn−7) + (Fn−8 + Fn−9) = Fn−1 + 6Fn−4 + Fn−5 + Fn−7.
V… v“y ta c(cid:226)
1.3 B(cid:160)i to¡n 804
Fn+1 = F(n+1)−2 + 6F(n+1)−5 + F(n+1)−6 + F(n+1)−8.
Nºi dung cıa b(cid:160)i to¡n 804 l(cid:160): H¢y t…m t§t c£ c¡c sŁ nguy¶n a, b, c v(cid:160) d (v(cid:238)i 1 < a < b < c < d) sao cho (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc sau (cid:31)¥y l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i m(cid:229)i sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng n
(1.4) Fn = Fn−a + 9342Fn−b + Fn−c + Fn−d.
Ngay sau (cid:31)(cid:226), n«m 1997, L.A.G. Dersel (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)a ra l(cid:237)i gi£i cıa b(cid:160)i to¡n 804 trong sŁ 35.1 (1997) cıa t⁄p ch‰ The Fibonacci Quarterly. L(cid:237)i gi£i c(cid:246) th” nh(cid:247) sau.
Tł nh“n x†t 9342 = 9349 − 7 = L19 − L4, (cid:240) (cid:31)¥y Lk l(cid:160) sŁ Lucas thø k.
Sß d(cid:246)ng c¡c (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc giœa c¡c sŁ Fibonacci v(cid:160) sŁ Lucas ta c(cid:226)
Fm+19 − Fm−19 = FmL19,
Fm+4 + Fm−4 = FmL4.
Trł v‚ v(cid:238)i v‚ cıa 2 (cid:31)flng thøc tr¶n ta nh“n (cid:31)(cid:247)æc
Fm+19 − Fm−19 − Fm+4 − Fm−4 = Fm (L19 − L4) .
(cid:30)(cid:176)t n = m + 19, ta nh“n (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)flng thøc sau
Fn = Fn−15 + 9342Fn−19 + Fn−23 + Fn−38.
Nh(cid:247) v“y ta c(cid:226) c¡c sŁ tr¶n cƒn t…m l(cid:160): a = 15, b = 19, c = 23, d = 38. BŁn sŁ tr¶n ch‰nh l(cid:160) mºt l(cid:237)i gi£i cıa b(cid:160)i to¡n 804.
8
Nh“n x†t 1.3.1. (i) Trong th(cid:252)c t‚, vi»c gi£i c¡c b(cid:160)i to¡n 779 v(cid:160) 804, ch‰nh l(cid:160) vi»c t…m c¡c sŁ Fibonacci th(cid:228)a m¢n c¡c (cid:31)(cid:231)ng thøc (cid:31)¢ n¶u, hay n(cid:226)i c¡ch kh¡c ch‰nh l(cid:160) vi»c gi£i ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tuy‚n t‰nh v(cid:238)i c¡c nghi»m l(cid:160) c¡c sŁ Fibonacci.
(ii) Rª r(cid:160)ng ta c(cid:226) th” thay (cid:31)Œi h» sŁ cıa h⁄ng tß thø 2 cıa v‚ ph£i c¡c (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc tr¶n v(cid:160) ta s‡ nh“n l⁄i (cid:31)(cid:247)æc mºt b(cid:160)i to¡n m(cid:238)i v(cid:238)i c¡c l(cid:237)i gi£i kh¡c nhau.
V‰ d(cid:246) 1.3.2. Zeitlin (cid:31)¢ t…m ra a = 2, b = 20, c = 40, d = 1 l(cid:160) l(cid:237)i gi£i cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh
Fn = Fn−2 + 9349Fn−20 + Fn−40 + Fn−41
Trong ch(cid:247)(cid:236)ng sau (nºi d(cid:246)ng ch‰nh cıa lu“n v«n) ch(cid:243)ng ta s‡ nghi¶n cøu c¡ch gi£i ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tuy‚n t‰nh v(cid:238)i c¡c bº nghi»m l(cid:160) c¡c sŁ Fibonacci.
9
Ch(cid:247)(cid:236)ng 2
C¡c ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tuy‚n t‰nh v(cid:238)i c¡c sŁ Fibonacci
2.1 Gi(cid:238)i thi»u b(cid:160)i to¡n tŒng qu¡t, c¡c kh¡i ni»m
T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) nh(cid:247) B(cid:160)i to¡n 779 v(cid:160) 804 ta x†t b(cid:160)i to¡n tŒng qu¡t sau.
B(cid:160)i to¡n. Cho m l(cid:160) mºt sŁ nguy¶n th(cid:228)a m¢n m ≥ 3. T…m t§t c£ c¡c bº sŁ nguy¶n {c (cid:54)= 0, a(1), ...a(m)} th(cid:228)a m¢n (cid:31)i•u ki»n
0 < a(1) < a(2) < ... < a(m)
sao cho v(cid:238)i m(cid:229)i sŁ n > 0 cho tr(cid:247)(cid:238)c ta c(cid:226)
(2.1) Fn = Fn−a(1) + cFn−a(2) + Fn−a(3) + Fn−a(4) + ... + Fn−a(m).
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.1. Ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.1) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tuy‚n t‰nh tŒng qu¡t v(cid:238)i c¡c sŁ Fibonacci c(cid:226) (cid:31)º d(cid:160)i m.
Trong ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.1) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i b‹ng c¡ch thay n = a(2) = b v(cid:160) (cid:31)(cid:176)t
x(1) = b − a(1), x(i) = a(i) − b, i = 3, 4, ..., m.
Khi (cid:31)(cid:226) tł ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.1) ta c(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sau
(2.2) Fb = Fx(1) + F−x(3) + F−x(4) + ... + F−x(m),
trong (cid:31)(cid:226)
0 < x(1) < b; 0 < x(3) < x(4) < ... < x(m). (2.3)
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.2. Ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh r(cid:243)t g(cid:229)n cıa (2.1).
10
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.3. Mºt nghi»m b, x(1), x(3), x(4), . . . , x(m) cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) 1 − tham sŁ n‚u
b + 2j, x(1) + 2j, x(3) + 2j, x(4) + 2j, . . . , x(m) + 2j
c(cid:244)ng l(cid:160) nghi»m cıa (2.2). Mºt nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) nghi»m (cid:31)(cid:236)n n‚u n(cid:226) kh(cid:230)ng l(cid:160) 1 − tham sŁ.
Nh“n x†t: Nh(cid:247) v“y, t“p t§t c£ c¡c nghi»m 1 − tham sŁ l(cid:160) mºt l(cid:238)p v(cid:230) h⁄n c¡c nghi»m, m(cid:160) ch(cid:243)ng c(cid:226) kho£ng c¡ch (cid:31)•u nhau giœa c¡c ch¿ sŁ. V… v“y, t§t c£ c¡c ch¿ sŁ cıa c¡c nghi»m 1 − tham sŁ c(cid:226) th” bi”u di„n nh(cid:247) mºt h(cid:160)m tuy‚n t‰nh cıa mºt tham sŁ duy nh§t.
V… v“y, n‚u nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) l(cid:160) 1 − tham sŁ, th… kho£ng
c¡ch giœa c¡c ch¿ sŁ l(cid:160) r§t quan tr(cid:229)ng.
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.4. (cid:30)Łi v(cid:238)i nghi»m 1−tham sŁ b, x(1), x(3), x(4), . . . , x(m) cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) ta sß d(cid:246)ng y − k‰ hi»u ("y − notation") thay cho bº (m − 1) sau (cid:31)¥y: (cid:104)y(1), y(3), y(4), · · · , y(m)(cid:105), trong (cid:31)(cid:226) y(i) (cid:31)(cid:247)æc x¡c (cid:31)(cid:224)nh b(cid:240)i
y(i) = |b − x(i)| .
v(cid:238)i i = 1, 3, 4, . . . , m.
V‰ d(cid:246) 2.1.5. a) (cid:30)Łi v(cid:238)i (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc Fb = Fb−1 + Fb−2 ta c(cid:226) y − k‰ hi»u l(cid:160) (cid:104)1, 2(cid:105) V…
y(1) = · · · = 1
y(2) = · · · = 2.
b) (cid:30)Łi v(cid:238)i (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc Fb = Fb−2 + Fb−1 th… y − k‰ hi»u l(cid:160) (cid:104)2, 1(cid:105)
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.6. Hai nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) th(cid:228)a m¢n (cid:31)i•u ki»n (2.3) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) hai nghi»m nh(cid:247) nhau n‚u (cid:31)º d(cid:160)i v(cid:160) y − k‰ hi»u cıa ch(cid:243)ng l(cid:160) b‹ng nhau.
Rª r(cid:160)ng quan h» (cid:16)hai nghi»m nh(cid:247) nhau(cid:17) trong l(cid:238)p c¡c nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:224)nh ngh(cid:190)a nh(cid:247) tr¶n l(cid:160) mºt quan h» t(cid:247)(cid:236)ng (cid:31)(cid:247)(cid:236)ng.
11
V‰ d(cid:246) 2.1.7. (cid:30)Łi v(cid:238)i (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc
Fb = Fb−1 + Fb−2,
ta c(cid:226)
y(1) = |b − x(1)| = |b − (b − 1)| = 1,
y(3) = |b − x(3)| = |b − (b − 2)| = 2.
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.8. Ta n(cid:226)i sŁ Fibonacci Fz l(cid:160) l(cid:238)n, n‚u z > 2. Ta n(cid:226)i mºt (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc l(cid:160) l(cid:238)n n‚u m(cid:160) c¡c v‚ cıa n(cid:226) l(cid:160) mºt tŒ hæp tuy‚n t‰nh cıa c¡c sŁ Fibonacci c(cid:226) t§t c£ c¡c ch¿ sŁ (cid:31)•u l(cid:238)n h(cid:236)n 2. Mºt nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) l(cid:238)n n‚u b > 2 v(cid:160) x(i) > 2 v(cid:238)i m(cid:229)i i = 1, 3, 4, . . . , m. (cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.9. Ta n(cid:226)i mºt (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc c(cid:226) d⁄ng (cid:80) j∈J Fj = Fb l(cid:160) ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc n‚u tŒng cıa mºt t“p con kh¡c rØng th(cid:252)c s(cid:252) n(cid:160)o (cid:31)(cid:226) c¡c h⁄ng tß cıa v‚ ph£i b‹ng 0. N‚u (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (cid:80) j∈J Fj = Fb kh(cid:230)ng ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc th… ta n(cid:226)i (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (cid:31)(cid:226) l(cid:160) nguy¶n tŁ.
V‰ d(cid:246) 2.1.10. a) Ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh Fb = Fx(1) + F−x(3) + F−x(4) c(cid:226) mºt nghi»m l(cid:160) 0 < x(1) = x(3) v(cid:160) 0 < x(4) = b (v(cid:238)i x(3) < x(4)), ngh(cid:190)a l(cid:160)
Fb = Fx(1) + F−x(1) + F−b
v(cid:238)i b l· v(cid:160) x(1) chfin. (cid:30)¥y l(cid:160) nghi»m ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (cid:31)¢ cho v… ta c(cid:226)
Fx(1) + F−x(3) = 0.
b) Ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh Fb = Fx(1) + F−x(3) c(cid:226) nghi»m x(1) = b − 1, x(3) = b − 2, v(cid:238)i b ≥ 3, b l·. V… khi b l· ta c(cid:226) (b − 2) l(cid:160) l·, do (cid:31)(cid:226) F−(b−2) = Fb−2. V… v“y
Fb = Fb−1 + F−(b−2)
l(cid:160) nghi»m nguy¶n tŁ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tr¶n.
(cid:30)Łi v(cid:238)i (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc, ta c(cid:226) th” bi”u di„n v‚ ph£i cıa
j∈J Fj th(cid:228)a m¢n:
n(cid:226) nh(cid:247) l(cid:160) tŒng cıa c¡c nh¥n tŁ (" factor").
ho(cid:176)c l(cid:160) (cid:80) (cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.11. a) Ta hi”u mºt nh¥n tŁ ("factor") cıa mºt (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc l(cid:160) mºt tŒng c(cid:226) d⁄ng (cid:80) j∈J Fj = 0, ho(cid:176)c (cid:80) j∈J Fj = Fb,
12
trong (cid:31)(cid:226) J l(cid:160) t“p con th(cid:252)c s(cid:252) cıa t“p c¡c ch¿ sŁ: {x(1), x(3), x(4), · · · , x(m)}. b) SŁ l(cid:247)æng c¡c nh¥n tŁ cıa mºt (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc l(cid:160) sŁ l(cid:238)n nh§t cıa c¡c t“p con kh¡c rØng, kh(cid:230)ng giao nhau cıa c¡c ch¿ sŁ trong (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (cid:31)(cid:226), sao cho (cid:31)Łi v(cid:238)i mØi t“p con J nh(cid:247) v“y, ta c(cid:226) (cid:80) j∈J Fj l(cid:160) mºt nh¥n tŁ cıa (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (cid:31)¢ cho.
c) (cid:30)º d(cid:160)i cıa mºt nh¥n tŁ l(cid:160) sŁ h⁄ng tß c(cid:226) trong nh¥n tŁ (cid:31)(cid:226).
V‰ d(cid:246) 2.1.12. a) V(cid:238)i m = 6 ta c(cid:226) (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc
Fb = Fd + F−1 + F−2 + F−d + F−b
v(cid:238)i d chfin, b l· v(cid:160) 2 < d < b l(cid:160) mºt nghi»m cıa (2.2), v(cid:160) (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc tr¶n c(cid:226) 3 nh¥n tŁ v(cid:160) v… v“y n(cid:226) l(cid:160) ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc. C¡c nh¥n tŁ (cid:31)(cid:226) l(cid:160):
Fd + F−d = 0.
V… d l(cid:160) chfin, nh¥n tŁ n(cid:160)y c(cid:226) (cid:31)º d(cid:160)i l(cid:160) 2.
T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) ta c(cid:226) 2 nh¥n tŁ cÆn l⁄i c(cid:244)ng c(cid:226) (cid:31)º d(cid:160)i l(cid:160) 2 F−1 + F−2 = 0 Fb = F−b v… b l(cid:160) l·. b) V(cid:238)i m = 7 ta c(cid:226) (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc
Fb = Fd + F−1 + F−3 + F−4 + F−d + F−(b+1) + F−(b+2)
v(cid:238)i b l·, d chfin v(cid:160) d < 4 < b + 1.
(cid:30)¥y l(cid:160) (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc v… n(cid:226) c(cid:226) 3 nh¥n tŁ (cid:31)(cid:226) l(cid:160) Fd + F−d = 0, c(cid:226) (cid:31)º d(cid:160)i 2. F−1 + F−3 + F−4 = 0, c(cid:226) (cid:31)º d(cid:160)i 3. V… b l· n¶n F−(b+2) = Fb+2, F−(b+1) = −Fb+1 n¶n ta c(cid:226) nh¥n tŁ: Fb = F−(b+1) + F−(b+2) c(cid:226) (cid:31)º d(cid:160)i 3.
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.13. Mºt nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) chfin (ho(cid:176)c l·) n‚u b t(cid:247)(cid:236)ng øng l(cid:160) chfin (ho(cid:176)c l·).
j∈J Fj = 0.
(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 2.1.14. Mºt nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) nguy¶n tŁ n‚u (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc Fb = Fx(1) + F−x(3) + F−x(4) + ... + F−x(m) l(cid:160) kh(cid:230)ng ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc, ngh(cid:190)a l(cid:160) kh(cid:230)ng c(cid:226) mºt t“p con J th(cid:252)c s(cid:252) n(cid:160)o cıa t“p {b, x(1), −x(3), . . . , −x(m)} sao cho (cid:80)
13
2.2 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp m = 3 v(cid:160) m = 4
M(cid:246)c (cid:31)‰ch cıa phƒn n(cid:160)y l(cid:160) t…m l(cid:237)i gi£i cho ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) trong
tr(cid:247)(cid:237)ng hæp m = 3 v(cid:160) m = 4. V(cid:238)i m = 3, ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) c(cid:226) d⁄ng
Fb = Fx(1) + F−x(3), 0 < x(1) < b, 0 < x(3).
Tr(cid:247)(cid:238)c ti¶n ta cƒn bŒ (cid:31)• sau.
BŒ (cid:31)• 2.2.1. N‚u {b, x(1), x(3)} l(cid:160) mºt nghi»m l(cid:238)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i m = 3 th… x(1) = b − 1, x(3) = b − 2, b l·, b ≥ 5 ho(cid:176)c x(1) = b − 2,
x(3) = b − 1, b chfin, b ≥ 5.
Chøng minh. Theo (cid:31)i•u ki»n cıa x(1) ta lu(cid:230)n c(cid:226) 0 < x(1) < b. Do (cid:31)(cid:226) ta x†t c¡c tr(cid:247)(cid:237)ng hæp sau. Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp 1: x(1) = b − 1. V… {b, x(1), x(3)} l(cid:160) mºt nghi»m l(cid:238)n n¶n b, x(1), x(3) > 2. Khi (cid:31)(cid:226) F−x(3) = Fb − Fx(1) = Fb − Fb−1 = Fb−2 > 0. Do (cid:31)(cid:226) x(3) l(cid:160) sŁ l· v(cid:160) x(3) = b − 2 ≥ 3 hay b ≥ 5. Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp 2: x(1) = b − 2. Khi (cid:31)(cid:226) F−x(3) = Fb − Fx(1) = Fb−1 > 0. T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) ta c(cid:226) x(3) l(cid:160) sŁ l· v(cid:160) x(3) = b − 1 n¶n b chfin. M(cid:176)t kh¡c x(1) = b − 2 > 2 n¶n b ≥ 5. Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp 3: x(1) ≤ b − 3. Khi (cid:31)(cid:226) n‚u F−x(3) ≤ Fb−1 th… ta c(cid:226) Fx(1) + F−x(3) ≤ Fb−3 + Fb−1 < Fb, (cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. N‚u F−x(3) ≥ Fb do x(1) > 0 ta suy ra Fx(1) + F−x(3) > Fb, (cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. V“y kh(cid:230)ng x£y ra tr(cid:247)(cid:237)ng hæp x(1) ≤ b − 3. Do (cid:31)(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh d⁄ng
Fb = Fx(1) + F−x(3), 0 < x(1) < b, 0 < x(3)
ch¿ c(cid:226) hai h(cid:229) nghi»m 1 − tham sŁ l(cid:160) Fb = Fb−1 + F−(b−2) v(cid:238)i b l·, b ≥ 5 v(cid:160) Fb = Fb−2 + F−(b−1) v(cid:238)i b chfin, b ≥ 6. (cid:3)
(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.2.2. Khi m = 3, ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) ch¿ c(cid:226) c¡c nghi»m l(cid:160)
(i) x(1) = b − 1, x(3) = b − 2, b ≥ 3 v(cid:160) b l(cid:160) sŁ l·. (ii) x(1) = b − 2, x(3) = b − 1, b ≥ 4 v(cid:160) b l(cid:160) sŁ chfin. (iii) b = 3, x(1) = 1, x(3) = 1. (iv) b = 4, x(1) = 1, x(3) = 3. (v) b = 4, x(1) = 3, x(3) = 1.
14
Chøng minh. Theo BŒ (cid:31)• 2.2.1, n‚u nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) l(cid:160) l(cid:238)n v(cid:160) b ≥ 5 th… nghi»m (cid:31)(cid:226) l(cid:160) d⁄ng (i) ho(cid:176)c (ii). Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp cÆn l⁄i, nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) kh(cid:230)ng l(cid:238)n th… mºt trong ba gi¡ tr(cid:224) b, x(1), x(3) ph£i b‹ng 1 ho(cid:176)c 2. H(cid:236)n nœa, tł nh“n x†t ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh Fz − 1 = Fy l(cid:160) kh(cid:230)ng gi£i (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)Łi v(cid:238)i y n‚u z ≥ 5. V… v“y, ta c(cid:226) th” ki”m tra t§t c£ c¡c (cid:31)i”m 3 t(cid:229)a (cid:31)º nguy¶n trong khŁi l“p ph(cid:247)(cid:236)ng [1, 4]3 ⊂ R3. Ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) ch¿ c(cid:226) 3 nghi»m d⁄ng (iii) ho(cid:176)c (iv) v(cid:160) (v). V… v“y c¡c nghi»m kh(cid:230)ng l(cid:238)n cıa (2.2) l(cid:160)
(x(3) = −1) ,
(x(3) = 3) ,
(x(3) = 1). F3 = F1 + F−1 F4 = F1 + F−3 F4 = F3 + F−1
Ta c(cid:226) (cid:31)i•u ph£i chøng minh. (cid:3)
K‚t qu£ sau l(cid:160) h» qu£ tr(cid:252)c ti‚p cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.2.2.
H» qu£ 2.2.3. T§t c£ c¡c nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.1) khi m = 3 (cid:31)•u thuºc mºt trong c¡c d⁄ng sau.
b ≥ 3 v(cid:160) b l·.
(i) Fn = Fn−1 + Lb−2Fn−b + Fn−(2b−2), (ii)Fn = Fn−2 + Lb−1Fn−b + Fn−(2b−1), b ≥ 4 v(cid:160) b chfin. (iii) Fn = Fn−1 + 2Fn−4 + Fn−5. (iv) Fn = Fn−2 + 2Fn−3 + Fn−4. (v) Fn = Fn−3 + 5Fn−4 + Fn−7.
Ch(cid:243) (cid:254) r‹ng c¡c nghi»m kh(cid:230)ng l(cid:238)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) trong (iii), (iv) v(cid:160) (v) l(cid:160) nghi»m (cid:31)(cid:236)n trong khi nghi»m l(cid:238)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.1) l(cid:160) 1 − tham sŁ.
Ti‚p theo ta x†t tr(cid:247)(cid:237)ng hæp m = 4. Khi (cid:31)(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) c(cid:226) d⁄ng
Fb = Fx(1) + F−x(3) + F−x(4),
trong (cid:31)(cid:226) b > x(1) > 0 v(cid:160) 0 < x(3) < x(4).
T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) nh(cid:247) trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp m = 3 ta c(cid:226) (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) sau.
(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.2.4. Khi m = 4 th… b, x(1), x(3), x(4) l(cid:160) mºt nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) n‚u n(cid:226) l(cid:160) mºt trong 10 nghi»m kh¡c nhau (cid:31)(cid:247)æc tr…nh b(cid:160)y trong b£ng 2.1, 2.2 v(cid:160) 2.3 d(cid:247)(cid:238)i (cid:31)¥y.
15
Hai nh(cid:226)m giŁng nhau cıa c¡c nghi»m nguy¶n tŁ 1−tham sŁ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng
b, x(1), x(3), x(4)
Thay v(cid:160)o ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:30)i•u ki»n cıa b Fb = Fb−2 + F−b + F−(b+1)
b > 3, b chfin b > 5, b chfin
y-k‰ hi»u < 2, 0, 1 > b, b − 2, b, b + 1 < 4, 3, 1 > b, b − 4, b − 3, b − 1 Fb = Fb−4 + F−(b−3) + F−(b+1)
B£ng 2.1: Hai nh(cid:226)m giŁng nhau cıa nghi»m nguy¶n tŁ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) khi m = 4.
b, x(1), x(3), x(4) Thay v(cid:160)o ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) 4, 3, 2, 3 5, 3, 1, 3 4, 1, 4, 5 6, 3, 1, 5 6, 3, 1, 5 6, 5, 3, 1
F4 = F3 + F−2 + F−3 F5 = F3 + F−1 + F−3 F4 = F1 + F−4 + F−5 F6 = F3 + F−1 + F−5 F6 = F1 + F−3 + F−5 F6 = F5 + F−1 + F−3
B£ng 2.2: S¡u nghi»m (cid:31)(cid:236)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) khi m = 4.
tr…nh (2.2) v(cid:238)i m = 4 (cid:31)(cid:247)æc tr…nh b(cid:160)y trong b£ng 2.1 d(cid:247)(cid:238)i (cid:31)¥y.
S¡u nghi»m (cid:31)(cid:236)n (cid:31)(cid:247)æc tr…nh b(cid:160)y trong b£ng 2.2. Trong 6 nghi»m n(cid:160)y th… nghi»m b = 4, x(1) = 3, x(3) = 2, x(4) = 3 l(cid:160) nghi»m ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc, 5 nghi»m cÆn l⁄i (cid:31)•u l(cid:160) c¡c nghi»m nguy¶n tŁ.
Khi m = 4, hai h(cid:229) nghi»m ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc cho trong b£ng 2.3. H(cid:229) nghi»m trong h(cid:160)ng 1 l(cid:160) nghi»m 1 − tham sŁ, ph¥n t‰ch (cid:31)(cid:247)æc v…
Fx(1) + F−x(1) = 0.
V(cid:238)i x(1) l(cid:160) chfin. H(cid:229) nghi»m trong h(cid:160)ng 2 l(cid:160) nghi»m (cid:31)(cid:236)n v(cid:160) ph¥n t‰ch
(cid:31)(cid:247)æc v…
b, x(1), x(3), x(4) Thay v(cid:160)o ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.1.2) Gi(cid:238)i h⁄n tham sŁ b, x(1), x(1), b b, 1, 2, b
b l·; x(1) chfin x(1) < b b l·; b > 2
Fb = Fx(1) + F−x(1) + F−b Fb = F1 + F−2 + Fb
B£ng 2.3: Hai nghi»m nh¥n tŁ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) khi m = 4.
F1 + F−2 = 0.
16
Nh“n x†t 2.2.5. M(cid:247)(cid:237)i nh(cid:226)m nghi»m r(cid:237)i nhau cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) khi m = 4 (cid:31)(cid:247)æc tr…nh b(cid:160)y (cid:240) tr¶n, (cid:31)(cid:176)t cho ta c¥u h(cid:228)i v• vi»c x¡c (cid:31)(cid:224)nh m“t (cid:31)º cıa c¡c nghi»m. Ta c(cid:226) th” ti‚n h(cid:160)nh vi»c (cid:31)(cid:226) nh(cid:247) sau: MØi nghi»m cıa (2.2) th(cid:228)a m¢n (2.3) l(cid:160) mºt bº bŁn.
Ta c(cid:226) th” ch(cid:229)n mºt sŁ u kh(cid:230)ng (cid:31)Œi v(cid:160) (cid:31)‚m t§t c£ c¡c bº 4 sŁ nguy¶n n‹m trong khŁi si¶u l“p ph(cid:247)(cid:236)ng [1, u]4. Ki”m tra xem nhœng bº bŁn n(cid:160)o l(cid:160) nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:160) th(cid:228)a m¢n (2.3).
Thay v(cid:160)o ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) M“t (cid:31)º Fb = Fx(1) + F−x(1) + F−b Fb = F1 + F−2 + F−b Fb = Fb−2 + F−b + F−(b+1)
69% 14% 6% 6%
b, x(1), x(3), x(4) b, x(1), x(1), b b, 1, 2, b b, b − 2, b, b + 1 b, b − 4, b − 3, b − 1 Fb = Fb−4 + F−(b−3) + F−(b−1)
B£ng 2.4: M“t (cid:31)º cıa c¡c h(cid:229) nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) khi m = 4, trong 4 t“p sŁ trong h…nh si¶u l“p ph(cid:247)(cid:236)ng[1, 40]4.
Trong b£ng bŁn d(cid:247)(cid:238)i (cid:31)¥y, ta l§y u = 40 trong h…nh si¶u l“p ph(cid:247)(cid:236)ng [1, 40]4 c(cid:226) 131 nghi»m cıa (2.2), trong (cid:31)(cid:226) c(cid:226) s¡u nghi»m (cid:31)(cid:236)n c(cid:246) th” (cid:31)(cid:247)æc trong b£ng 2.2, khi u t«ng ta c(cid:244)ng ch¿ c(cid:226) 6 nghi»m (cid:31)(cid:236)n c(cid:246) th” (cid:31)(cid:226), cÆn l⁄i t§t c£ c¡c nghi»m (cid:31)•u n‹m trong 4 h(cid:229) nghi»m cıa b£ng 2.1 v(cid:160) b£ng 2.3. Trong h…nh si¶u l“p ph(cid:247)(cid:236)ng c(cid:226) 125 nghi»m cıa 4 h(cid:229) nghi»m n(cid:160)y, chi‚m 95%. M“t (cid:31)º c¡c nghi»m cıa 4 h(cid:229) nghi»m (cid:31)(cid:226) (cid:31)(cid:247)æc x¡c (cid:31)(cid:224)nh trong b£ng 2.4 d(cid:247)(cid:238)i (cid:31)¥y.
2.3 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp tŒng qu¡t
Khi u t«ng th… m“t (cid:31)º c¡c nghi»m s‡ thay (cid:31)Œi, t¡c gi£ Stephens Hall d(cid:252) (cid:31)o¡n l(cid:160) n(cid:226) s‡ ti‚n (cid:31)‚n mºt gi(cid:238)i h⁄n n(cid:160)o (cid:31)(cid:226), v(cid:160) c(cid:226) nh“n x†t r‹ng hƒu h‚t c¡c nghi»m (cid:31)(cid:247)æc cho trong b£ng 2.4 (cid:31)•u kh(cid:230)ng ph£i l(cid:160) nghi»m nguy¶n tŁ.
M(cid:246)c (cid:31)‰ch ch‰nh cıa phƒn n(cid:160)y l(cid:160) tr…nh b(cid:160)y l(cid:237)i gi£i trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp tŒng
qu¡t. Tr(cid:247)(cid:238)c khi ph¡t bi”u k‚t qu£ ch‰nh ta cƒn mºt sŁ quy (cid:247)(cid:238)c sau.
Ta quy (cid:247)(cid:238)c k‰ hi»u o, o(cid:48), o(cid:48)(cid:48) t(cid:247)(cid:236)ng øng l(cid:160) c¡c sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng, l· t(cid:242)y (cid:254). N‚u J l(cid:160) t“p con c¡c sŁ nguy¶n th… a ≤ J ≤ b c(cid:226) ngh(cid:190)a l(cid:160) a ≤ j ≤ b v(cid:238)i m(cid:229)i j ∈ J. T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) J l(cid:160) chfin (l·) ngh(cid:190)a l(cid:160) t§t c£ c¡c phƒn tß cıa t“p hæp J l(cid:160) chfin (l·). Khi (cid:31)(cid:226) k‚t qu£ sau l(cid:160) (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) ch‰nh cıa ch(cid:247)(cid:236)ng n(cid:160)y.
17
(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.3.1. ((cid:30)(cid:224)nh l‰ ng¤u nhi¶n) Gi£ sß {b, x(1), x(3), x(4), . . . , x(m)} l(cid:160) mºt nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i m ≥ 3. Khi (cid:31)(cid:226) nghi»m n(cid:160)y l(cid:160) 1 − tham sŁ. H(cid:236)n nœa n‚u m = 3 th… nghi»m c(cid:226) d⁄ng (i) v(cid:160) (ii) trong (cid:31)(cid:224)nh l‰ 2.2.2, n‚u m > 3, b l(cid:160) sŁ chfin th… nghi»m n(cid:160)y thuºc mºt trong ch‰n d⁄ng nh(cid:247) sau.
(1) Fb = Fb−o−3 + F−(b−o−2) + F−(b−o) + ... + F−(b−1). (2) Fb = Fb−2 + F−b + F−(b−1). (3) Fb = Fb−2 + F−b + F−(b+2) + F−(b+4) + ... + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+1) + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+2). (4) Fb = Fb−0−3 + F−(b−0−1) + F−(b−0) + ... + F−(b−1) + F−b + F−(b+1). (5) Fb = Fb−0−3 + F−(b−0−1) + F−(b−0) + ... + F−(b−1) + F−b + F−(b+2)
+ F−(b+4) + ... + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+1) + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+2).
(6) Fb = Fb−o−3 + F−(b−o−2) + F−(b−o) + ... + F−(b−3) + F−b + F−(b+1). (7) Fb = Fb−o−3 + F−(b−o−2) + F−(b−o) + ... + F−(b−3) + F−b + F−(b+2)
+ F−(b+4) + ... + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+1) + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+2).
(8) Fb = Fb−o−4−o(cid:48) +F−(b−o−3−o(cid:48))+F−(b−o−1−o(cid:48))+...+F(b−o−4)+F−(b−o−1)+
F−(b−o) + ... + F−(b−1) + F−b + F−(b+1).
(9) Fb = Fb−o−4−o(cid:48) + F−(b−o−3−o(cid:48)) + F−(b−o−1−o(cid:48)) + ... + F−(b−o−4)
+ F−(b−o−1) + F−(b−o) + ... + F−(b−1) + F−b + F−(b+2) + F−(b+4) + ... + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+1) + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+2).
Ng(cid:247)æc l⁄i m(cid:229)i s(cid:252) l(cid:252)a ch(cid:229)n sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng b l(cid:160) l(cid:238)n, chfin v(cid:160) m(cid:229)i l(cid:252)a ch(cid:229)n o, o(cid:48) v(cid:160) o(cid:48)(cid:48) sao cho t§t c£ c¡c ch¿ sŁ trong 9 d⁄ng (cid:240) tr¶n (cid:31)•u l(cid:238)n th… ta nh“n (cid:31)(cid:247)æc nghi»m 1 − tham sŁ, l(cid:238)n, chfin, nguy¶n tŁ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i m > 3.
V‰ d(cid:246) sau (cid:31)¥y l(cid:160) mºt minh h(cid:229)a cho c¡c nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2).
V‰ d(cid:246) 2.3.2. C¡c nghi»m sau (cid:31)¥y cho ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2), v(cid:238)i c¡c gi¡ tr(cid:224) kh¡c nhau cıa m minh h(cid:229)a b(cid:240)i 9 d⁄ng sau:
(1) Fb = Fb−10 + F−(b−9) + F−(b−7) + F−(b−5) + F−(b−3) + F−(b−1). (2) Fb = Fb−2 + F−b + F−(b+1). (3) Fb = Fb−2 + F−b + F−(b+2) + F−(b+4) + F−(b+6) + F−(b+7). (4) Fb = Fb−4 + F−(b−2) + F−(b−1) + F−b + F−(b+1). (5) Fb = Fb−4 + F−(b−2) + F−(b−1) + F−b + F−(b+2) + F−(b+3). (6) Fb = Fb−8 + F−(b−7) + F−(b−5) + F−(b−3) + F−b + F−(b+1). (7) Fb = Fb−6 + F−(b−5) + F−(b−3) + F−b + F−(b+2) + F−(b+3).
18
(8) Fb = Fb−6 + F−(b−5) + F−(b−2) + F−(b−1) + F−b + F−(b+1). (9) Fb = Fb−8+F−(b−7)+F−(b−5)+F−(b−2)+F−(b−1)+F−b+F−(b+2)+F−(b+3).
Tr(cid:247)(cid:238)c khi chøng minh (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) ng¤u nhi¶n ta c(cid:226) nh“n x†t v• 9 d⁄ng
nghi»m trong ph¡t bi”u cıa (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254).
Nh“n x†t 2.3.3. Trong 9 d⁄ng (cid:240) tr¶n, duy nh§t d⁄ng 1 c(cid:226) x(i) < b v(cid:238)i m(cid:229)i i, t§t c£ c¡c d⁄ng cÆn l⁄i (cid:31)•u c(cid:226) x(i) ≥ b v(cid:238)i i n(cid:160)o (cid:31)(cid:226).
Trong qu¡ tr…nh chøng minh (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) ng¤u nhi¶n, ch(cid:243)ng ta quy (cid:247)(cid:238)c s‡
sß d(cid:246)ng mºt sŁ k‰ hi»u sau (cid:31)¥y:
- N‚u tŒng Fx + Fy + · · · + Fz c(cid:226) trong ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh th… ta hi”u tŒng (cid:31)(cid:226)
b‹ng ho(cid:176)c Fx, ho(cid:176)c b‹ng
Fx + Fx+d + Fx+2d + · · · + Fx+jd, v(cid:238)i y = x + d, z = x + jd, d (cid:54)= x v(cid:238)i j
l(cid:160) mºt sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng kh¡c kh(cid:230)ng n(cid:160)o (cid:31)(cid:226).
- Mºt tŒng c(cid:226) d⁄ng Fx + Fy + · · · + Fz + Fu (cid:31)(cid:247)æc hi”u l(cid:160)
(Fx + Fy + · · · + Fz) + Fu.
- Mºt tŒng c(cid:226) d⁄ng Fx + Fy + · · · + Fz + Fy + Fy + · · · + Fw (cid:31)(cid:247)æc hi”u l(cid:160)
(F2 + Fy + · · · + Fz) + (Fy + Fy + · · · + Fw) .
BŒ (cid:31)• 2.3.4. V(cid:238)i sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng z t(cid:242)y (cid:254) ta c(cid:226):
a) Fz + Fz+1 + Fz+3 + Fz+5 + · · · + Fz+o = Fz+o+1. b) Fz − Fz−1 − Fz−3 − Fz−5 − · · · − Fz−o = Fz−o−1. trong (cid:31)(cid:226) o l(cid:160) 1 sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng l· b§t k…. Chøng minh. Bi”u di„n o = 2k + 1. Ta s‡ chøng minh phƒn a) bŒ (cid:31)•
tr¶n b‹ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p quy n⁄p theo k.
+ V(cid:238)i k = 0 suy ra o = 1, ta c(cid:226)
Fz + Fz+o = Fz + Fz+1 = Fz+2 = Fz+o+1.
Suy ra bŒ (cid:31)• (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i k = 0.
+ Gi£ sß bŒ (cid:31)• l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng k, ngh(cid:190)a l(cid:160) ta c(cid:226)
Fz + Fz+1 + Fz+3 + · · · + Fz+2k+1 = Fz+(2k+1)+1.
X†t tŒng:
19
Fz + Fz+1 + Fz+3 + · · · + Fz+2(k+1) + Fz+2(k+1)+1
= Fz+(2k+1)+1 + Fz+2k+3 = Fz+2k+2 + Fz+2k+3
= Fz+2k+4 = Fz+[2(k+1)+1]+1 = Fz+o+1.
(trong (cid:31)(cid:226) o = 2(k + 1) + 1).
Tł (cid:31)(cid:226) suy ra (cid:31)flng thøc a), bŒ (cid:31)• l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng (cid:31)Łi v(cid:238)i (k + 1). Tł (cid:31)(cid:226) suy ra t‰nh (cid:31)(cid:243)ng cıa bŒ (cid:31)• (cid:31)Łi v(cid:238)i m(cid:229)i sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng k, hay n(cid:226)i c¡ch kh¡c, (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc a) l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng (cid:31)Łi v(cid:238)i m(cid:229)i sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng l· o.
Chøng minh mºt c¡ch t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) ta c(cid:226) (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc b). (cid:3)
BŒ (cid:31)• 2.3.4 cho ta mºt h» qu£ quan tr(cid:229)ng sau.
H» qu£ 2.3.5. Cho b l(cid:160) sŁ chfin. (cid:30)(cid:176)t o, o(cid:48)v(cid:160) o(cid:48)(cid:48) l(cid:160) c¡c sŁ l·, nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng t(cid:242)y (cid:254). Khi (cid:31)(cid:226) 9 d⁄ng trong (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.3.1 (cid:240) tr¶n (cid:31)•u l(cid:160) nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2).
Chøng minh. Ta chøng minh d⁄ng 9 trong (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) ng¤u nhi¶n 2.3.1 l(cid:160) nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2), c¡c d⁄ng kh¡c s‡ (cid:31)(cid:247)æc chøng minh t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252).
Tr(cid:247)(cid:238)c h‚t, ta s‡ ch¿ ra r‹ng:
F(b+1) = F−(b+2) + F−(b+4) + · · · + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+1) + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+2).
Th“t v“y do b l(cid:160) chfin, v(cid:160) theo bŒ (cid:31)• 2.3.4 ta c(cid:226):
F−(b+o(cid:48)(cid:48)+1) + F−(b+o(cid:48)(cid:48)+2) = F−(b+o(cid:48)(cid:48))
F−(b+o(cid:48)(cid:48)) + F−(b+o(cid:48)(cid:48)−1) = F−(b+o(cid:48)(cid:48)−2)
· · ·
Cø ti‚p t(cid:246)c qu¡ tr…nh nh(cid:247) v“y ta c(cid:226)
F−(b+5) + F−(b+4) = F−(b+3)
F−(b+3) + F−(b+2) = F−(b+1)
20
Do b chfin n¶n (b + 1) l(cid:160) l·, v(cid:160) F−(b+1) = Fb+1. Qu¡ tr…nh tr¶n l(cid:160) ta (cid:31)¢ th(cid:252)c hi»n lƒn l(cid:247)æt cºng hai h⁄ng tß cuŁi c(cid:242)ng cıa v‚ ph£i, v(cid:160) l(cid:176)p (cid:31)i l(cid:176)p l⁄i qu¡ tr…nh (cid:31)(cid:226), ta (cid:31)(cid:247)æc tŒng cıa v‚ ph£i b‹ng F−(b+1) v(cid:160) b‹ng v‚ tr¡i.
Ti‚p theo ta s‡ chøng minh:
F(b−o−3) = Fb−o+4−o(cid:48) + F−(b−o−3−o(cid:48)) + F−(b−o−1−o(cid:48)) + · · · + F−(b−o−4).
Th(cid:252)c v“y: Trong v‚ b¶n ph£i trł h⁄ng tß (cid:31)ƒu ti¶n c(cid:226) ch¿ sŁ chfin, cÆn t§t c£ c¡c h⁄ng tß cÆn l⁄i (cid:31)•u c(cid:226) ch¿ sŁ l·, m(cid:160) ta c(cid:226) F−z = Fz n‚u z l(cid:160) sŁ l·. N¶n (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc tr¶n t(cid:247)(cid:236)ng (cid:31)(cid:247)(cid:236)ng v(cid:238)i:
F(b−o−3) = Fb−o+4−o(cid:48) + Fb−o−3−o(cid:48) + Fb−o−1−o(cid:48) + . . . + Fb−o−4
Th(cid:252)c hi»n li¶n ti‚p vi»c l§y tŒng hai h⁄ng tß (cid:31)ƒu ti¶n cıa v‚ ph£i, cuŁi
c(cid:242)ng ta nh“n (cid:31)(cid:247)æc v‚ ph£i b‹ng v‚ tr¡i.
(cid:3) + · · · + F−(b−1)
Theo BŒ (cid:31)• 2.3.4, rª r(cid:160)ng
F(b−o−3) + (cid:2)F−(b−o−1) + F−(b−o) = F(b−o−3) + F(b−o−2) + F(b−o) + · · · + F(b−3) = Fb−2.
V… v“y v‚ ph£i cıa d⁄ng 9 (cid:31)(cid:247)æc r(cid:243)t g(cid:229)n th(cid:160)nh
F(b−2) + F−b + F(b+1) = Fb.
Ta c(cid:226) (cid:31)i•u ph£i chøng minh.
BŒ (cid:31)• 2.3.6. (a) Cho J l(cid:160) t“p hæp c¡c sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng sao cho
(cid:88)
2 < j ≤ z, ∀j ∈ J. Khi (cid:31)(cid:226) ta c(cid:226)
j∈J
Fj < Fz+1
(b) Gi£ sß k l(cid:160) mºt sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng c(cid:244)ng th(cid:228)a m¢n 2 < k ≤ z, v(cid:160)
(cid:88)
k /∈ J, khi (cid:31)(cid:226)
j∈J
Fj < Fz+1 − Fk.
21
Chøng minh. (a) N‚u c¡c sŁ trong J l(cid:160) c¡c sŁ l·, ta c(cid:226)
F1 + F3 + F5 + · · · + Fz = Fz+1.
(cid:88)
Do (cid:31)(cid:226)
j∈J
Fj ≤ F3 + F5 + · · · + Fz < Fz+1.
N‚u c¡c sŁ trong J l(cid:160) c¡c sŁ chfin, ta c(cid:226)
F2 + F4 + F6 + · · · + Fz = Fz+1 − 1.
Do (cid:31)(cid:226) ta c(cid:226) (cid:31)i•u cƒn chøng minh.
(b) chøng minh t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) nh(cid:247) phƒn (a)
BŒ (cid:31)• 2.3.7. N‚u v l(cid:160) sŁ l· v(cid:160) t§t c£ c¡c ch¿ sŁ (cid:31)•u l(cid:238)n th…
Fv − Fv−1 + Fv−2 − Fv−3 · · · < Fv−1.
Chøng minh. Ta s‡ chøng minh b‹ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p quy n⁄p theo sŁ l· v (cid:31)flng thøc sau:
−F2 + F3 − F4 + · · · + Fv = Fv−1.
V(cid:238)i v = 5, ta c(cid:226)
−F2 + F3 − F4 + F5 = (−1) + 2 − 3 + 5 = 3 = F4
M»nh (cid:31)• l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i v = 5.
Gi£ sß m»nh (cid:31)• l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i m(cid:229)i sŁ l· k th(cid:228)a m¢n: 5 ≤ k ≤ v. Ta s‡
chøng minh m»nh (cid:31)• (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i k = v + 2.
Theo gi£ thi‚t quy n⁄p ta c(cid:226): −F2 + F3 − F4 + · · · + Fv = Fv−1
Tł (cid:31)(cid:226) suy ra:
−F2 + F3 − F4 + · · · + Fv − Fv+1 + Fv + 2 = Fv−1 − Fv+1 + Fv+2 = Fv−1 − Fv+1 + Fv+1 + Fv = Fv−1 + Fv = Fv+1 = F(v+2)−1.
V… v“y (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc tr¶n l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i m(cid:229)i sŁ l· v. Tł k‚t qu£ tr¶n, v(cid:160)
th¶m (cid:31)i•u ki»n m(cid:229)i ch¿ sŁ (cid:31)•u l(cid:238)n n¶n ta c(cid:226):
Fv − Fv−1 + Fv−2 − Fv−3 + · · · < Fv−1.
22
2.4 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp x(i) < b, v(cid:238)i m(cid:229)i i
Trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp n(cid:160)y ta gi£ sß r‹ng n, z, u(1), u(3), . . . , u(n) l(cid:160) c¡c sŁ
nguy¶n sao cho
(2.4) Fz = Fu(1) + F−u(3) + F−u(4) + ... + F−u(n)
l(cid:160) mºt (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc nguy¶n tŁ, l(cid:238)n v(cid:160) chfin v(cid:238)i
0 < u(1) < z, u(3) < u(4) < . . . < u(n) < z, n ≥ 3.
Khi (cid:31)(cid:226) ta c(cid:226) mºt bŒ (cid:31)• quan tr(cid:229)ng sau.
BŒ (cid:31)• 2.4.1. C¡c ph¡t bi”u sau l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng.
(a) T(cid:231)n t⁄i mºt sŁ j sao cho u(j) = z − 1. (b) Kh(cid:230)ng th” (cid:31)(cid:231)ng th(cid:237)i x£y ra u(1) = z − 1 v(cid:160) u(n) < z − 1.
(cid:88)
(cid:88)
Chøng minh. (a) Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i u(i) ≤ z − 2 v(cid:238)i m(cid:229)i i. Khi (cid:31)(cid:226) t§t c£ c¡c ch¿ sŁ u(i) l· trong (2.4) b(cid:224) ch(cid:176)n tr¶n b(cid:240)i z − 3. Sau khi chuy”n v‚ sŁ h⁄ng ¥m tł v‚ ph£i cıa (2.4) sang v‚ tr¡i khi (cid:31)(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh c(cid:226) d⁄ng
i∈K≤z−2
i∈J≤z−3
Fz + Fi Fi = Fu(1) +
trong (cid:31)(cid:226) K l(cid:160) t“p hæp t§t c£ c¡c ch¿ sŁ chfin v(cid:160) J l(cid:160) t“p t§t c£ c¡c ch¿
(cid:88)
i∈K≤z−2
i∈J≤z−3
sŁ l· trong (2.4). (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 ta c(cid:226) (cid:88) Fz ≤ Fz + Fi ≤ Fz−2 + Fz−2 Fi = Fu(1) +
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) v(cid:230) l(cid:254) b(cid:240)i (cid:240) v‚ tr¡i ta c(cid:226)
Fz = Fz−2 + Fz−1 = 2Fz−2 + Fz−3
Do (cid:31)(cid:226) ta c(cid:226) (cid:31)i•u ph£i chøng minh.
(b) Chøng minh t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) phƒn (a).
BŒ (cid:31)• 2.4.2. (a) Cho sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng p ≥ 3 th(cid:228)a m¢n
0 = F−u(3) + ... + F−u(p) + Fz−o,
v(cid:238)i u(i) ≤ z − o + 1. Khi (cid:31)(cid:226) u(p) = z − o + 1. (b) Cho sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng p ≥ 3 th(cid:228)a m¢n
Fz−(o+1) = F−u(3) + ... + F−u(p),
v(cid:238)i u(i) ≤ z − (o + 1) + 1. Khi (cid:31)(cid:226) u(p) = z − (o + 1) + 1.
23
(∗) Chøng minh. (a) Trong (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc: 0 = F−u(3) +· · ·+Fu(p) +Fz−o
(cid:88)
(cid:88)
K‰ hi»u K = {i : u(i) l(cid:160) chfin} J = {j : u(j) l(cid:160) l·} Khi (cid:31)(cid:226) (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (*) c(cid:226) th” vi‚t l(cid:160)
i∈K
j∈J
0 = F−u(i) + F−u(j) + Fz−o,
do
F−u(i) = −Fu(i), ∀i ∈ K
v(cid:160)
F−u(j) = Fu(j), ∀j ∈ J.
(cid:88)
(cid:88)
Khi chuy”n v‚ t§t c£ c¡c h⁄ng tß c(cid:226) d§u ¥m trong (*) sang v‚ tr¡i ta c(cid:226)
j∈I
(cid:88)
i∈K Gi£ sß ∀i ∈ K, ta lu(cid:230)n c(cid:226) u(i) (cid:54) z − o − 1. Khi (cid:31)(cid:226) theo bŒ (cid:31)• 2.3.6 ta c(cid:226):
(∗∗) Fz−o (cid:54) Fz−o + Fu(i). Fu(j) =
i∈K Tł (**) suy ra Fz−o < Fz−o v(cid:230) l(cid:254). (cid:30)i•u (cid:31)(cid:226) chøng t(cid:228) t(cid:231)n t⁄i i ∈ k (cid:31)” u(i) = z − o + 1. (V… z l(cid:160) sŁ chfin, o l(cid:160) sŁ l·, n¶n sŁ chfin ti‚p theo cıa z −o−1 l(cid:160) z −o+1). Do u(i) l(cid:160) l(cid:238)n nh§t khi i = p, n¶n ta c(cid:226)
Fu(i) < Fz−o.
u(p) = z − o + 1.
(b) Chøng minh t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) phƒn (a).
BŒ (cid:31)• 2.4.3. Kh(cid:230)ng th” x£y ra (cid:31)(cid:231)ng th(cid:237)i u(1) = z − 1 v(cid:160) u(n) = z − 1.
Chøng minh. Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i, thay th‚, u(1) = z − 1 v(cid:160) u(n) = z − 1 v(cid:160)o ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.4), ta c(cid:226)
(2.5) 0 = F−u(3) + F−u(4) + ... + F−u(n−1) + Fz−3
V(cid:238)i 3 ≤ i ≤ n − 1, ta c(cid:226) u(i) ≤ z − 2 v… u(i) ≤ u (n − 1) < u(n) = z − 1. (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.4.2 (a) ta c(cid:226) u (n − 1) = z − 2. Do (cid:31)(cid:226), tł t‰nh chfin cıa z suy ra
F−(z−3) + F−u(n−1) = Fz−3 − Fz−2 = −Fz−4.
24
Do (cid:31)(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.5) th(cid:160)nh
Fz−4 = F−u(3) + ... + F−u(n−2),
v(cid:238)i u(i) ≤ z − 3.
N‚u n − 2 ≥ 3 ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 ta c(cid:226) u (n − 2) = z − 3. Trł hai v‚ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh cho Fz−4 ta (cid:31)(cid:247)æc
0 = F−u(3) + ... + F−u(n−3) + Fz−5,
v(cid:238)i u(i) ≤ z − 4. N‚u n − 3 ≥ 3 ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 ta c(cid:226) u (n − 3) = z − 4. Do Fz−5 + F−(z−4) = −Fz−6, n‚u n − 4 ≥ 3 ta c(cid:226) th” chuy”n Fz−6 sang b¶n tr¡i v(cid:160) ti‚p t(cid:246)c ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 ta c(cid:226) u (n − 4) = z − 5.
Ti‚p t(cid:246)c quy n⁄p cho u(j) = z − (n + 1 − j), v(cid:238)i j = 3, 4, ..., n. Thay c¡c gi¡ tr(cid:224) n(cid:160)y v(cid:160)o ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.5) v(cid:160) sß d(cid:246)ng gi£ thi‚t u(1) = z − 1 ta c(cid:226)
Fz = Fz−1 + (Fz−1 − Fz−2 + Fz−3...) .
Theo BŒ (cid:31)• 2.3.7 v‚ b¶n ph£i cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh n(cid:160)y b(cid:224) ch(cid:176)n tr¶n ch(cid:176)t b(cid:240)i Fz−1 + Fz−2 = Fz, (cid:31)i•u n(cid:160)y d¤n (cid:31)‚n m¥u thu¤n. Do (cid:31)(cid:226) c£ u(1) v(cid:160) u(n) b‹ng z − 1 l(cid:160) sai.
H» qu£ 2.4.4. Ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.4) kh(cid:230)ng th” suy ra ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.5).
BŒ (cid:31)• 2.4.5. N‚u (2.4) x£y ra th… c¡c ph¡t bi”u sau l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng.
(a) u(n) = z − 1. (b) N‚u n > 3 th… u(n) < z − 2. (c) N‚u n > 3 th… u(i) ≤ z − 3, v(cid:238)i i = 3, 4, ..., n − 1.
(cid:88)
(cid:88)
Chøng minh. (a) Theo BŒ (cid:31)• 2.4.1 ta c(cid:226) u(j) = z − 1 v(cid:238)i j n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). Theo BŒ (cid:31)• 2.4.1 trong ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.4) ho(cid:176)c j = 1 ho(cid:176)c j = n. Theo c¡c BŒ (cid:31)• 2.4.1(b) v(cid:160) 2.4.3, j (cid:54)= 1. Do (cid:31)(cid:226) j = n. V“y ta c(cid:226) u(n) = z − 1 (b) Theo c¡c BŒ (cid:31)• 2.4.5(a) v(cid:160) 2.4.3, u(1) (cid:54)= z − 1. Gi£ sß u(1) = z − 2, theo BŒ (cid:31)• 2.4.5(a) v(cid:160) 2.4.1 , ta c(cid:226) Fz = Fu(1) + F−u(n) = Fz−2 + Fz−1 l(cid:160) mºt nh¥n tŁ th(cid:252)c s(cid:252) cıa (2.4), m¥u thu¤n v(cid:238)i gi£ thi‚t, v… n > 3. Do (cid:31)(cid:226) u(1) < z − 2. (c) Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i r‹ng u (n − 1) = z −2. Theo (a), (b), ta c(cid:226) u(n) = z −1 v(cid:160) u(1) ≤ z − 3. (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 cho ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.4), ta c(cid:226)
i∈J
i∈K≤z−3
Fz + Fi = Fu(1) + Fi+Fu(n−1) + Fu(n) < Fz−3 + Fz−1 < Fz.
25
Ta c(cid:226) m¥u thu¤n. Do (cid:31)(cid:226) v(cid:238)i 3 ≤ i ≤ n − 1 sao cho u(i) ≤ u (n − 1) < z − 2 l(cid:160) th(cid:228)a m¢n y¶u cƒu.
(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) sau l(cid:160) k‚t qu£ ch‰nh (cid:31)ƒu ti¶n cıa ti‚t n(cid:160)y.
(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.4.6. Cho sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng m ≥ 3 v(cid:160) {b, x(1), x(3), . . . , x(m)} l(cid:160) mºt nghi»m nguy¶n tŁ, l(cid:238)n, chfin cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2). Gi£ sß r‹ng x(i) < b, v(cid:238)i m(cid:229)i i. Khi (cid:31)(cid:226) ((cid:31)Łi v(cid:238)i mºt sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng l· o), ta c(cid:226):
{x(1), x(3), x(4), ..., x(m)} = {b − o − 1, b − o, b − o + 2, ..., b − 1} .
Chøng minh. (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.4.5 (a) v(cid:238)i n = m, z = b, u(i) = x(i) ta th§y x(m) = z − 1. N‚u m = 3 th…
Fx(1) = Fb − F−x(3) = Fb − Fb−1 = Fb−2
suy ra (cid:31)i•u ph£i chøng minh. N‚u m > 3 v(cid:160) trł c£ hai v‚ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) cho Fz−1 = Fb−1 ta c(cid:226)
Fb−2 = Fx(1) + F−x(3) + F−x(4) + ... + F−x(m−1).
Theo BŒ (cid:31)• 2.4.5, x(i) < b − 2 v(cid:238)i m(cid:229)i i. Do (cid:31)(cid:226) v… m − 1 ≥ 3 ¡p d(cid:246)ng mºt lƒn nœa BŒ (cid:31)• 2.4.5 (a) v(cid:238)i n = m − 1, z = b − 2, u(i) = x(i) cho ta
x (m − 1) = z − 1 = b − 3.
2.5 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp t(cid:231)n t⁄i i (cid:31)” x(i) ≥ b
N‚u m − 2 ≥ 3 ch(cid:243)ng ta c(cid:226) th” trł c£ hai v‚ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh cho Fb−3 v(cid:160) ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.4.5 ta c(cid:226) x(i) < b − 4. (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.4.5 (a) v(cid:238)i z = b − 4, u(i) = x(i), n = m − 2. Khi (cid:31)(cid:226) x (m − 2) = b − 5. Ti‚p t(cid:246)c qu¡ tr…nh n(cid:160)y, b‹ng quy n⁄p ta c(cid:226) Fb = Fx(1) + F−(b−o) + F−(b−o+2) + ... + F−(b−3) + F−(b−1). Do (cid:31)(cid:226) theo BŒ (cid:31)• 2.3.7 th… x(1) = b − o − 1.
Trong phƒn n(cid:160)y ta s‡ ch¿ ra r‹ng n‚u trong ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2), x(i) ≥ b v(cid:238)i i n(cid:160)o (cid:31)(cid:226), th… t“p {x(i) : x(i) > b} ho(cid:176)c b‹ng t“p {b + 1} ho(cid:176)c b‹ng t“p {b + 2, b + 4, ..., b + o(cid:48)(cid:48) + 1, b + o(cid:48)(cid:48) + 2}.
26
Gi£ sß n, z, u(k), k = 1, 3, 4, ..., l(cid:160) c¡c sŁ nguy¶n sao cho
(2.6) Fz = Fu(1) + F−u(3) + F−u(4) + ... + F−u(n)
l(cid:160) mºt (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc l(cid:238)n, nguy¶n tŁ, chfin v(cid:238)i u(1) < z, u(3) < u(4) < . . . < u(n), n ≥ 3 v(cid:160) v(cid:238)i u(i) ≥ z v(cid:238)i i ≥ 3 n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). (cid:30)” thu“n ti»n cho vi»c tr…nh b(cid:160)y ta k‰ hi»u: LST: l(cid:160) v‚ tr¡i cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sau khi chuy”n t§t c£ c¡c sŁ h⁄ng ¥m
tł ph‰a b¶n ph£i sang b¶n tr¡i.
RST: l(cid:160) v‚ ph£i cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sau khi chuy”n t§t c£ c¡c sŁ h⁄ng ¥m
tł ph‰a b¶n ph£i sang b¶n tr¡i.
BŒ (cid:31)• 2.5.1. Gi£ sß ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.6) x£y ra. Khi (cid:31)(cid:226) c¡c ph¡t bi”u sau l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng.
(a) u(j) > z v(cid:238)i j n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). (b) N‚u u(j) − z l(cid:160) sŁ l· th… gi¡ tr(cid:224) l(cid:238)n nh§t u(j) ≥ z x£y ra t⁄i j = n. (c) Gi£ sß u(n) = z + o. N‚u o ≥ 3 th… u (n − 1) = z + o − 1. (d) Gi£ sß u(n) = z + o v(cid:160) u (n − 1) = z + o − 1, v(cid:238)i o ≥ 3. Khi (cid:31)(cid:226)
u (n − 2) < z + o − 2.
(cid:88)
i∈J≤z−1
i∈K≤z−2
Chøng minh. (a) Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i u(j) ≤ z v(cid:238)i m(cid:229)i j, tł ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.6) ta c(cid:226) u(j) = z (cid:31)Łi v(cid:238)i mºt sŁ j ≥ 3. Do (cid:31)(cid:226) tł ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.6) suy ra u(n) = z v(cid:160) u(j) ≤ z − 1 v(cid:238)i j < n. V… th‚ ch¿ sŁ l· l(cid:238)n nh§t cıa v‚ b¶n ph£i l(cid:160) z − 1. (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 ta c(cid:226) (cid:88) Fi < Fz−1 + Fz < Fz + Fz, Fz + Fz + Fi = Fu(1) +
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n v… trong (cid:31)(cid:226) K l(cid:160) t“p c¡c ch¿ sŁ chfin, J l(cid:160) t“p c¡c ch¿ sŁ l· trong (2.6). Do (cid:31)(cid:226) u(j) > z v(cid:238)i j n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). (b) B(cid:240)i ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.6) v(cid:160) theo (a) ch¿ sŁ l(cid:238)n nh§t x£y ra (cid:240) v(cid:224) tr‰ n. Gi£ sß u(n) = z + o + 1, ngh(cid:190)a l(cid:160) u(n) − z l(cid:160) sŁ chfin. Khi (cid:31)(cid:226), ch¿ sŁ l· l(cid:238)n nh§t (cid:240) ph‰a b¶n ph£i l(cid:160) z + o. Do (cid:31)(cid:226) sau khi chuy”n c¡c sŁ ¥m sang v‚ b¶n tr¡i ch(cid:243)ng ta c(cid:226)
RST = Fu(1) + S (z + o) < Fz + Fz+o+1 ≤ LST
m¥u thu¤n. V… v“y u(n) − z ph£i l(cid:160) sŁ l·. (c) Cho u(n) = z + o v(cid:160) gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i u (n − 1) = z + o − 1. Tł ph(cid:247)(cid:236)ng
27
tr…nh (2.6) ta c(cid:226) u(j) < z + o − 1 v(cid:238)i m(cid:229)i j ≤ n − 1. V… z chfin, ch¿ sŁ chfin l(cid:238)n nh§t cıa v‚ b¶n ph£i l(cid:160) z + o − 3. Do (cid:31)(cid:226), sau khi chuy”n c¡c sŁ ¥m sang b¶n tr¡i v(cid:160) sß d(cid:246)ng gi£ thi‚t o ≥ 3 ta c(cid:226)
LST = Fz + S (z + o − 3) < Fz + Fz+o+2 ≤ Fz+o ≤ RST,
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. Do (cid:31)(cid:226) u (n − 1) = z + o − 1. (d) Cho u(n) = z + o, u (n − 1) = z + o − 1 v(cid:160) gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i u (n − 2) = z + o − 2. Tł ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.6), ch¿ sŁ chfin l(cid:238)n nh§t cıa v‚ b¶n ph£i cho j ≤ n − 3 l(cid:160) z + o − 3. V… u(i) ≥ z n¶n (cid:31)Łi v(cid:238)i i ≥ 3 n(cid:160)o (cid:31)(cid:226)
F−u(n) + F−u(n−1) + F−u(n−2) = 2Fz+o−2.
Do (cid:31)(cid:226) sau khi chuy”n c¡c sŁ ¥m sang b¶n ph£i ta c(cid:226)
LST = Fz + S (z + o − 3) < Fz + Fz+o−2 < 2Fz+o−2 ≤ RST,
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. Do (cid:31)(cid:226) u (n − 2) < z + o − 2.
(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.5.2. Cho b, x(1), x(3), x(4), . . . , x(m), m ≥ 4 l(cid:160) mºt nghi»m nguy¶n tŁ, l(cid:238)n v(cid:160) chfin cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2). Gi£ sß r‹ng x(i) ≥ b v(cid:238)i mºt sŁ i (cid:54)= 2 n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). Khi (cid:31)(cid:226) ho(cid:176)c
x(m) = b + 1 (2.7)
ho(cid:176)c
(2.8) x(m) = b + o(cid:48)(cid:48) + 2, x (m − 1) = b + o(cid:48)(cid:48) + 1, x (m − 2) = b + o(cid:48)(cid:48) − 1, . . . , x (m − j) = b + 2,
v(cid:238)i j l(cid:160) mºt sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng n(cid:160)o (cid:31)(cid:226).
Chøng minh. (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.5.1 (b), v(cid:238)i z = b, u(j) = x(j), n = m, ta c(cid:226) x(m) = b + o. N‚u o = 1 th… (2.7) l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng.
N‚u o > 1 th… v… o l(cid:160) sŁ l· n¶n o ≥ 3. (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.5.1 (c), v(cid:238)i
z = b, u(j) = x(j), n = m, ta c(cid:226)
x (m − 1) = b + o − 1.
T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.5.1 (d) ta c(cid:226) x (m − 2) < b + o − 2. V… b l(cid:160) sŁ chfin v(cid:160) o l(cid:160) sŁ l· n¶n ta c(cid:226)
F−x(m) + F−x(m−1) = F−(b+o) + F−(b+o−1) = F−(b+o−2).
28
Do (cid:31)(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc r(cid:243)t g(cid:229)n th(cid:160)nh
Fb = Fx(1) + F−x(3) + F−x(4) + ... + F−x(m−2) + F−(b+o−2).
N‚u o = 3 th… x(m) = b + o = b + 3, x (m − 1) = b + o − 1 = b + 2. Do (cid:31)(cid:226) (2.8) l(cid:160) th(cid:228)a m¢n v(cid:238)i o(cid:48)(cid:48) = 1 v(cid:160) j = 1. N‚u o ≥ 5 th… v… o < x(1) < b v(cid:160)
x(3) < x(4) < ... < x (m − 2) < b + o − 2
n¶n ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.5.1, v(cid:238)i
z = b, u(i) = x(i), i = 1, 3, 4, . . . , m − 2, u (m − 1) = b + o − 2, n = m − 1,
ta (cid:31)(cid:247)æc x (m − 2) = b + o − 3 v(cid:160) x (m − 3) < b + o − 4.
Ti‚p t(cid:246)c qu¡ tr…nh v(cid:160) ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.5.1 cho (cid:31)‚n khi x (m − j) = b + 2
v(cid:238)i mºt sŁ j n(cid:160)o (cid:31)(cid:226), ta c(cid:226)
x(m) = b+o, x (m − 1) = b+o−1, x (m − 2) = b+o−3, ..., x (m − j) = b+2.
(cid:30)(cid:176)t o(cid:48)(cid:48) = o − 2 ta c(cid:226) (cid:31)i•u cƒn chøng minh.
Sß d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.5.1 ta c(cid:226) mºt h» qu£ quan tr(cid:229)ng sau.
k∈J F−x(k) = Fb+1 v(cid:238)i J = {j0 + 1, j0 + 2, . . . , m}.
H» qu£ 2.5.3. Gi£ sß trong ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) x(i) ≥ b v(cid:238)i mºt sŁ i n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). Khi (cid:31)(cid:226) v(cid:238)i sŁ nguy¶n j0 n(cid:160)o (cid:31)(cid:226), ta c(cid:226)
j∈S2
(i) (cid:80) (ii) N‚u k kh(cid:230)ng thuºc t¥p J th… x(k) ≤ b. (iii) x (j0) = b. (iv) {x(1), x(3), . . . , x(m)} = S1 ∪ {x(j0)} ∪ S2 v(cid:238)i S1 = {x(j) : j < j0} j∈S1−{x(1)} F−x(j) = Fb−2, x (j0) = b v(cid:160) v(cid:160) S2 = {x(j) : j > j0} v(cid:238)i Fx(1) + (cid:80) (cid:80) F−x(j) = Fb+1.
Chøng minh. (i) (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.7 cho (2.8) ta c(cid:226) (i). (ii) Theo gi£ thi‚t cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.5.2 th… ho(cid:176)c (2.7) ho(cid:176)c (2.8) x£y ra. N‚u (2.7) l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng, theo ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) ta c(cid:226) x(k) ≤ b, v(cid:238)i k ≤ m − 1 n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). N‚u (2.7) l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng theo ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2), x(k) ≤ b + 1 v(cid:238)i k ≤ j0. Do (cid:31)(cid:226) (cid:31)” chøng minh x(k) < x (j0) ≤ b v(cid:238)i k ≤ j0 ta gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i r‹ng x (j0) = b + 1. Theo (i) ta c(cid:226) th” vi‚t l⁄i ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) nh(cid:247) sau
(2.9) Fb = Fx(1) + F−x(3) + F−x(4) + ... + F−x(j0+1) + F−x(j0) + Fb+1
29
(cid:88)
(cid:88)
(cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 cho (2.9), ta c(cid:226)
k∈L
k∈K≤b
Fk + Fb+1+Fb+1 > 2Fb+1, Fi = Fb + Fb+1 > Fb +
(cid:88)
(cid:88)
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. Do (cid:31)(cid:226) x(k) ≤ b. (iii) Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i x(k) (cid:54)= b v(cid:238)i m(cid:229)i k. (cid:30)(cid:176)t J v(cid:160) j nh(cid:247) trong (i). (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 cho (2.9) ta (cid:31)(cid:247)æc
k∈K
k∈K≤b−2
j∈S2
Fi + Fb+1 > Fb+1, Fb+1 = Fb + Fb−1 > Fb + Fi = Fx(1) +
(cid:88)
(cid:88)
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. Do (cid:31)(cid:226) t(cid:231)n t⁄i j0 sao cho x (j0) = b. (iv) (cid:30)«t j0 nh(cid:247) trong (iii). (cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a c¡c t“p con S1 v(cid:160) S2 theo c¡c b§t ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh, j < j0, j (cid:54)= 1 v(cid:160) j > j0 t(cid:247)(cid:236)ng øng. Theo (i), (cid:80) F−x(j) = Fb+1 v(cid:160) theo (iii) F−x(jo) = F−b. Do (cid:31)(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) (cid:31)(cid:247)æc vi‚t l⁄i nh(cid:247) sau:
j∈S1
j∈S2
2.6 Mºt sŁ k‚t qu£ v• t‰nh ch§t cıa t“p S1
Fb = Fx(1) + F−x(j) = Fb−2, F−x(j) = Fb+1.
M(cid:246)c (cid:31)‰ch cıa phƒn n(cid:160)y l(cid:160) m(cid:230) t£ (cid:31)ƒy (cid:31)ı c§u tr(cid:243)c cıa t“p S1 (cid:31)(cid:247)æc x¡c
(cid:88)
(cid:31)(cid:224)nh trong H» qu£ 2.5.3. Trong H» qu£ 2.5.3(iv) ta c(cid:226) (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc
j∈S1−{x(1)}
(2.10) Fx(1) + F−x(j) = Fb−2.
(cid:30)(cid:176)t k = inf {i : S1 ≤ x(i)}. Theo H» qu£ 2.5.3 (iv), ta c(cid:226) n‚u k = 1 th… x(1) = b − 2. Do (cid:31)(cid:226) trong phƒn cÆn l⁄i ch(cid:243)ng ta gi£ sß k ≥ 3. Khi (cid:31)(cid:226) k = j0 − 1.
BŒ (cid:31)• 2.6.1. N‚u x(i) ≤ b − 3, v(cid:238)i 1 ≤ i ≤ k, th…:
{x(1), x(3), x(4), . . . , x(k)} = {b − o − 3, b − o − 2, b − o, . . . , b − 3}
(2.11)
Chøng minh. (cid:129)p d(cid:246)ng (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.4.6 b‹ng c¡ch thay b b(cid:240)i b − 2 v(cid:160) m (cid:31)(cid:247)æc thay b(cid:240)i k. Khi (cid:31)(cid:226) c¡c gi£ thi‚t cıa bŒ (cid:31)• 2.6.1 (cid:31)(cid:247)æc th(cid:228)a m¢n v…:
30
(i) Gi£ thi‚t cıa (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.4.6 v(cid:238)i m ≥ 3 (cid:31)(cid:247)æc th(cid:228)a m¢n v… k ≥ 3. (ii) b − 2 l(cid:160) sŁ chfin v… b l(cid:160) sŁ chfin. (iii) x(1) ≤ b − 3 = (b − 2) − 1 theo gi£ thi‚t. (iv) B§t (cid:31)flng thøc 2 ≤ x(i) ≤ b − 3 suy ra 5 ≤ b ho(cid:176)c b − 2 > 2. (v) N‚u (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (2.10) kh(cid:230)ng x£y ra, th… (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (2.2) c(cid:244)ng kh(cid:230)ng x£y ra. Do (cid:31)(cid:226) theo (cid:30)(cid:224)nh l‰ 2.4.6 thay b b(cid:240)i b − 2 ta c(cid:226) (2.11).
BŒ (cid:31)• 2.6.2. Gi£ sß
x(i) ≥ b − 2 v(cid:238)i mºt sŁ i, 1 ≤ i ≤ k n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). (2.12)
Ta c(cid:226) c¡c ph¡t bi”u sau l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng.
(i) x(i) = b − 1 v(cid:238)i mºt sŁ i n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). (ii) Kh(cid:230)ng th” c(cid:226) x(1) = b − 1 = x(k). (iii) Kh(cid:230)ng th” c(cid:226) x(1) = b − 1 v(cid:160) x(j) ≤ b − 2, v(cid:238)i 3 ≤ j ≤ k. (iv) x(k) = b − 1.
(cid:88)
(cid:88)
Chøng minh. (i) Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i x(i) ≤ b − 2 v(cid:238)i m(cid:229)i i. Theo (cid:31)i•u ki»n (2.12) ta c(cid:226) ngay x(i) = b − 2 v(cid:238)i mºt sŁ i n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). Ch(cid:243)ng ta kh(cid:230)ng th” c(cid:226) i = 1 v… ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh Fx(1) = Fb−2 k‚t hæp v(cid:238)i k ≥ 3 m¥u thu¤n v(cid:238)i x(1) ≤ b − 3 = (b − 2) − 1 trong BŒ (cid:31)• 2.6.1. V“y x(i) = b − 2 v(cid:238)i i ≥ 3 n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). Do (cid:31)(cid:226) tł ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2), ta c(cid:226) i = k v(cid:160) x(j) ≤ b − 3 v(cid:238)i j < k. Sß d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 cho (2.10) ta c(cid:226)
i∈J
i∈K≤b−3
Fb−2 + Fb−2 + Fi < Fb−3+Fb−2 ≤Fb−2 + Fb−2, Fi = Fx(1) +
(cid:88)
(cid:88)
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. V… v“y t(cid:231)n t⁄i i n(cid:160)o (cid:31)(cid:226) (cid:31)” x(i) = b − 1. (ii) Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i, th… Fb−2 = Fb−1 + F−x(3) + . . . + F−x(k−1) + Fb−1. Sß d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 ta (cid:31)(cid:247)æc
i∈J
i∈K≤b−2
Fb−1 + Fb−1 + Fi = Fb−2 + Fi < Fb−2+Fb−1,
(cid:31)i•u n(cid:160)y m¥u thu¤n. V… v“y kh(cid:230)ng th” x£y ra x(1) = b − 1 = x(k). (iii) Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i x(1) = b − 1 v(cid:160) x(i) = b − 1 v(cid:238)i j ≥ 3. Trł Fb−2 tł c£ hai ph‰a cıa (2.10) ta c(cid:226)
0 = Fb−3 + F−x(3) + F−x(4) + ... + F−x(k),
31
m¥u thu¤n v(cid:238)i H» qu£ 2.4.4. (iv) Theo (cid:31)(cid:224)nh ngh(cid:190)a n‚u i ∈ S1 th… x(i) < b. Theo ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2), x(i) l(cid:160) l(cid:238)n nh§t x£y ra khi i = k ho(cid:176)c i = 1. Do (cid:31)(cid:226) tł (i), (ii) v(cid:160) (iii) ta c(cid:226) x(k) = b − 1.
Theo BŒ (cid:31)• 2.6.2 (iv) c(cid:226) mºt sŁ nguy¶n l(cid:238)n nh§t p, v(cid:238)i 1 ≤ p ≤ k − 2
sao cho
{x(k), x (k − 1) , . . . , x (k − (p − 1))} = {b − 1, b − 2, . . . , b − p} . (2.13)
Ta th§y, n‚u k − (p − 1) > 3, th… tł t‰nh ch§t l(cid:238)n nh§t cıa p, ta c(cid:226) x (k − p) ≤ b − p − 2. T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252), n‚u k − (p − 1) = 3 th… x(1) ≤ b − p − 2. Th“t v“y, cho k − (p − 1) = 3 v(cid:160) gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i r‹ng x(1) = b − p − 2. Thay (2.13) v(cid:160)o (2.10) ta (cid:31)(cid:247)æc
Fb−2 = Fb−1 − Fb−2 + Fb−3 − Fb−4 . . . ,
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n v(cid:238)i BŒ (cid:31)• 2.3.4. Ti‚p theo ch(cid:243)ng ta s‡ nghi¶n cøu v• c§u tr(cid:243)c cıa S1 b‹ng c¡ch x†t ba tr(cid:247)(cid:237)ng hæp cıa p v(cid:160) k‰ch th(cid:247)(cid:238)c cıa k − (p − 1).
BŒ (cid:31)• 2.6.3. Gi£ sß ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.13) l(cid:160) cŁ (cid:31)(cid:224)nh. Khi (cid:31)(cid:226) c¡c ph¡t bi”u sau l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng
(i) N‚u p l(cid:160) chfin v(cid:160) k − (p − 1) = 3 th…
{x(1), x(3), x(4), ..., x(k)} = {b − o − 3, b − o − 1, b − o, ..., b − 1} . (2.14)
(ii) N‚u p l(cid:160) chfin v(cid:160) k − (p − 1) > 3 th… v(cid:238)i mºt sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng j n(cid:160)o
(cid:31)(cid:226),
{x(1), x(3), x(4), ..., x(j), x (j + 1) , x (j + 2) , ..., x(k)} = {b − o − 4 − o(cid:48), b − o − 3 − o(cid:48), b − o − 1 − o(cid:48), ..., b − o − 4} (2.15)
∪ {b − o − 1, b − o, ..., b − 1}.
(cid:3) , ( b(cid:240)i (2.10))
(iii) p kh(cid:230)ng th” l(cid:160) sŁ l·.
(cid:1)(cid:3)
Chøng minh. (i) Theo gi£ thi‚t ta c(cid:226) Fx(1) = Fb−2 − (cid:2)F−x(k) + F−x(k−1) + ... + F−x(k−(p−1))
= Fb−2 − (cid:2)(Fb−1 − Fb−2) + (Fb−3 − Fb−4) + ... + (cid:0)Fb−(p−1) − Fb−p = Fb−2 − Fb−3 − Fb−5 − Fb−7 − ... − Fb−(p+1) = Fb−(p+2) (theo BŒ (cid:31)• 2.3.4),
32
(cid:240) (cid:31)¥y d§u (cid:31)flng thøc thø hai l(cid:160) do (2.13). (cid:30)(cid:176)t o = p + 1 th… ta c(cid:226) (2.14). (ii) T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) nh(cid:247) trong chøng minh phƒn (i) ta c(cid:226)
(cid:3)
(cid:1)(cid:3)
Fx(1) + F−x(3) + F−x(4) + ... + F−x(k−p)
(2.16) = Fb−2 − (cid:2)F−x(k) + F−x(k−1) + ... + F−x(k−(p−1)) = Fb−2 − (cid:2)(Fb−1 − Fb−2) + (Fb−3 − Fb−4) + ... + (cid:0)Fb−(p−1) − Fb−p = Fb−2 − Fb−3 − Fb−5 − Fb−7 − ... − Fb−(p+1) = Fb−(p+2).
Tr(cid:247)(cid:238)c ti¶n ta ch¿ ra r‹ng x(j) ≤ b − (p + 3) v(cid:238)i 3 ≤ j ≤ k − p. Do t‰nh tŁi (cid:31)⁄i cıa p trong (2.13) ta c(cid:226) x(j) ≤ b − (p + 2) v(cid:238)i 3 ≤ j ≤ k − p. H(cid:236)n nœa, n‚u x (k − p) = b − (p + 2) l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng th… (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (2.16) s‡ kh(cid:230)ng (cid:31)(cid:243)ng, v(cid:160) v… v“y (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (2.10) s‡ kh(cid:230)ng x£y ra. V… th‚ x(j) ≤ b − (p + 3).
(cid:88)
(cid:88)
Ti‚p theo ta ch¿ ra r‹ng x(1) ≤ b − (p + 3). N‚u x(1) = b − (p + 2) th… (2.16) s‡ kh(cid:230)ng (cid:31)(cid:243)ng. M(cid:176)t kh¡c n‚u x(1) ≥ b − (p + 1) th… BŒ (cid:31)• 2.3.6 cho (2.16) ta c(cid:226)
i∈J
i∈K≤b−(p+2)
Fi = Fx(1) + Fi < Fb−(p+1) ≤Fx(1),
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. V“y x(1) ≤ b − (p + 3).
V… x(1) ≤ b − (p + 3) v(cid:238)i m(cid:229)i i n¶n ¡p d(cid:246)ng (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.5.2 cho (2.16) v(cid:238)i
b − (p + 2) thay th‚ cho b, suy ra v(cid:238)i mºt sŁ chfin q ta c(cid:226)
x(1) = (b − p − 2) − q,
x(3) = (b − p − 2) − q + 1,
x(4) = (b − p − 2) − q + 3,
· · · ,
x(k − p) = (b − p − 2) − 1.
X¡c (cid:31)inh o v(cid:160) o(cid:48) tł c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh
(b − p − 2) − q = b − o − 4 − o(cid:48)
v(cid:160) b − o − 4 = b − q − 3. V… b, q, v(cid:160) p chfin ngay c£ khi o v(cid:160) o(cid:48) l(cid:160) l·. K‚t hæp nhœng k‚t qu£ n(cid:160)y v(cid:238)i (2.13) ta c(cid:226) (cid:31)(cid:231)ng nh§t thøc (2.16).
33
(cid:3) + F−x(k−p)
(cid:3) + F−x(k−p) + F−x(k−p−1)
(iii) Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i r‹ng (2.13) l(cid:160) (cid:31)(cid:243)ng v(cid:238)i p ≥ 1, p l·. (cid:30)” thu“n ti»n cho tr…nh b(cid:160)y, tr(cid:247)(cid:238)c ti¶n ta gi£ sß p ≥ 3. Khi (cid:31)(cid:226)
0 = (cid:2)F−x(k) − Fb−2 + F−x(k−1) + ... + F−x(k−(p−1)) + F−x(k−p−1) + ... + F−x(3) + Fx(1), ( theo (2.10)) = Fb−1 − Fb−2 + (−Fb−2 + Fb−3) + (−Fb−4 + Fb−5) + ... + (−Fb−(p−1) + Fb−p) + F−x(k−p) + F−x(k−p−1) + ... + F−x(3) + F−x(1), theo (2.13) = (cid:2)Fb−3 − Fb−4 − Fb−6 − ... − Fb−(p+1) + ... + F−x(3) + Fx(1) = Fb−(p+2) + F−x(k−p) + F−x(k−p−1) + ... + F−x(3) + Fx(1),
(2.17)
(cid:8)x(j) : j ≤ k − p, x(j) chfin(cid:9) ≤ b − p − 3,
Do t‰nh tŁi (cid:31)⁄i cıa p trong (2.13) ta c(cid:226)
(cid:88)
(cid:88)
v(cid:238)i 3 ≤ j ≤ p. Do (cid:31)(cid:226) ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 cho ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh cuŁi trong (2.17) ta (cid:31)(cid:247)æc
i∈J
i∈K≤b−p−3
Fb−p−2 + Fi = Fi < Fb−p−2.
N‚u p = 1 chøng minh t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) ta c(cid:226) (cid:31)i•u cƒn chøng minh.
Tł c¡c k‚t qu£ tr¶n ta c(cid:226) (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) sau.
2.7 Tr(cid:247)(cid:237)ng hæp b l·
(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.6.4. Cho m ≥ 3 v(cid:160) p, x(1), x(3), x(4), . . . , x(m) l(cid:160) mºt nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n, chfin cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2). Gi£ sß r‹ng v(cid:238)i mºt sŁ i, x(i) ≥ b th… t(cid:231)n t⁄i duy nh§t j0, v(cid:238)i x(j0) = b. (cid:30)(cid:176)t S1 = {x(i) : i < j0} v(cid:160) k = sup S1 th… ho(cid:176)c k = 1 v(cid:160) x(k) = b−2 ho(cid:176)c mºt trong (2.11), (2.14), (2.15) ph£i (cid:31)(cid:243)ng.
Trong c¡c phƒn tr(cid:247)(cid:238)c ta (cid:31)¢ m(cid:230) t£ (cid:31)ƒy (cid:31)ı t§t c£ c¡c nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n, chfin cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2). Ch(cid:243)ng ta (cid:31)¢ ch¿ ra r‹ng c¡c nghi»m n(cid:160)y (cid:31)(cid:247)æc m(cid:230) t£ b(cid:240)i 9 d⁄ng trong (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) ng¤u nhi¶n. Tuy nhi¶n v(cid:238)i tr(cid:247)(cid:237)ng hæp b l(cid:160) l· th… v¤n ch(cid:247)a rª r(cid:160)ng. Trong phƒn n(cid:160)y ch(cid:243)ng ta chøng minh mºt sŁ c¡c bŒ (cid:31)• khflng (cid:31)(cid:224)nh r‹ng kh(cid:230)ng c(cid:226) nghi»m t(cid:231)n t⁄i trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp b l(cid:160) sŁ l·.
34
BŒ (cid:31)• 2.7.1. Kh(cid:230)ng c(cid:226) nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n trong ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i b l·, m > 3 v(cid:160) x(i) < b, v(cid:238)i m(cid:229)i i.
Chøng minh. Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i r‹ng c(cid:226) mºt nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n trong ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i b l·, m > 3 v(cid:160) x(i) < b, v(cid:238)i m(cid:229)i i. Theo ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2)
x(1) ≤ b − 1 v(cid:160) (cid:8)x(i) : x(i) l·(cid:9) ≤ b − 2.
Ta x†t ba tr(cid:247)(cid:237)ng hæp sau:
N‚u x(1) = b − 1 v(cid:160) x(i) = b − 2 v(cid:238)i mºt sŁ i n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). Khi (cid:31)(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng
tr…nh con Fb = Fx(1) + F−x(i) vi ph⁄m nguy¶n t›c khi m > 3.
N‚u x(1) = b − 1 v(cid:160) c¡c ch¿ sŁ x(i) l(cid:160) l· v(cid:238)i i ≥ 3 (cid:31)(cid:247)æc ch(cid:176)n tr¶n b(cid:240)i
b − 4. Sß d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6, ta c(cid:226)
RST = Fx(1) + S (b − 2) < Fb−2 + Fb−1 = Fb ≤ LST,
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n.
N‚u x(1) ≤ b − 2 v(cid:160) c¡c ch¿ sŁ x(i) l(cid:160) l· v(cid:238)i i ≥ 3 (cid:31)(cid:247)æc ch(cid:176)n tr¶n b(cid:240)i
b − 2. Sß d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 ta c(cid:226)
RST = Fx(1) + S (b − 2) < Fb−2 + Fb−1 = Fb ≤ LST,
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. Do (cid:31)(cid:226) ta c(cid:226) (cid:31)i•u cƒn chøng minh.
BŒ (cid:31)• 2.7.2. Kh(cid:230)ng c(cid:226) nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i b l·, m > 3 v(cid:160) x(i) = b v(cid:238)i i n(cid:160)o (cid:31)(cid:226).
Chøng minh. Rª r(cid:160)ng n‚u b l· th… ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh Fb = Fb vi ph⁄m t‰nh nguy¶n tŁ. Do (cid:31)(cid:226) ta c(cid:226) (cid:31)i•u cƒn chøng minh.
BŒ (cid:31)• 2.7.3. Kh(cid:230)ng c(cid:226) nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i b l·, m > 3 v(cid:160) x(m) = b + o.
(cid:88)
(cid:88)
Chøng minh. Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i, c(cid:226) nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i b l·, m > 3 v(cid:160) x(m) = b + o. V… b l(cid:160) sŁ l· n¶n b + o l(cid:160) sŁ chfin. Nh(cid:247) v“y gi(cid:238)i h⁄n tr¶n cıa c¡c ch¿ sŁ l· (cid:240) b¶n ph£i l(cid:160) b + o − 1. H(cid:236)n nœa, theo BŒ (cid:31)• 2.7.2 ta c(cid:226) x(i) (cid:54)= b v(cid:238)i m(cid:229)i i. Sß d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 cho ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) ta c(cid:226)
i∈J
i∈K≤b+o−1
Fi < Fb−1 + Fb+o − Fb < Fb+o < Fb+o, Fb + Fb+o + Fi = Fx(1) +
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n.
35
Tr(cid:247)(cid:238)c khi x†t tr(cid:247)(cid:237)ng hæp cuŁi c(cid:242)ng ta cƒn bŒ (cid:31)• sau.
BŒ (cid:31)• 2.7.4. Gi£ sß
Fb = Fx(1) + F−x(3) + F−x(4) + ... + F−x(n),
v(cid:238)i 2 < x(1) < n, 2 < x(3) < x(4) < ... < x(n). Gi£ sß th¶m x(n), p l(cid:160) c¡c sŁ l· th(cid:228)a m¢n x(n) > p, n ≥ 4. Khi (cid:31)(cid:226) x (n − 1) = x(n) − 1 v(cid:160) x (n − 2) < x(n) − 2.
(cid:88)
(cid:88)
Chøng minh. Tr(cid:247)(cid:238)c ti¶n ch(cid:243)ng ta chøng minh r‹ng x (n − 1) = x(n) − 1. Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i r‹ng x (n − 1) < x(n)−1. (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 cho ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh trong ph¡t bi”u cıa bŒ (cid:31)• ta c(cid:226)
i∈J
i∈K≤x(n)−3
Fi < Fp+ Fx(n) < Fx(1)+Fx(n)+ Fi < Fp+Fx(n)−2 ≤ 2Fx(n)−2 < Fx(n),
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. Do (cid:31)(cid:226) x (n − 1) = x(n) − 1.
Ti‚p theo ta chøng minh x (n − 2) < x(n)−2. Gi£ sß ng(cid:247)æc l⁄i x (n − 2) =
(cid:88)
(cid:88)
x(n) − 2 th… gi(cid:238)i h⁄n tr¶n cıa c¡c ch¿ sŁ chfin (cid:240) b¶n ph£i l(cid:160) x(n) − 3. H(cid:236)n nœa, F−x(n) + F−x(n−1) + F−x(n−2) = 2Fx(n)−2. Do (cid:31)(cid:226) ¡p d(cid:246)ng Sß d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.3.6 ta c(cid:226)
i∈J
i∈K≤x(n)−3
Fi < Fp + Fi < Fp + Fx(n)−2 ≤ 2Fx(n)−2, 2Fx(n)−2 + Fx(1) +
(cid:31)i•u n(cid:160)y l(cid:160) m¥u thu¤n. Do (cid:31)(cid:226) x (n − 2) < x(n) − 2.
BŒ (cid:31)• 2.7.5. Kh(cid:230)ng c(cid:226) nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i b l·, m > 3 v(cid:160) x(m) = b + o + 1.
Chøng minh. Gi£ sß x(m) = b + o + 1. Tr(cid:247)(cid:238)c ti¶n, ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.7.4 v(cid:238)i b = p, n = m, ta c(cid:226) x (m − 1) = b + o v(cid:160) x (m − 2) < b + o − 1. Thay th‚ F−x(m) + F−x(m−1) = Fb+o+1 − Fb+o = Fb+o−1 v(cid:160)o ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) ta c(cid:226)
Fb = Fx(1) + F−x(3) + F−x(4) + ... + F−(b+o−1).
N‚u (o − 1) ≥ 2, ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.7.4 v(cid:238)i b = p, n = m − 1, ta c(cid:226)
x (m − 2) = b + o − 2 v(cid:160) x (m − 3) < b + o − 3. Do (cid:31)(cid:226)
F−(b+o−1) + F−x(m−2) = F−(b+o−3).
36
Ti‚p t(cid:246)c qu¡ tr…nh (cid:31)‚n khi (cid:31)⁄t (cid:31)(cid:247)æc mºt sŁ r sao cho
x(m) = b + o + 1, x(m − 1) = b + o
x(m − 2) = b + o − 2, · · · , x(m − r) = b + 1.
Theo BŒ (cid:31)• 2.3.4 ta c(cid:226)
F−x(m−r) + F−x(m−r+1) + ... + F−x(m−1) + F−x(m) = F−(b+1) + F−(b+3)
+ ... + F−(b+o) + F−(b+o+1) = Fb.
V… x(1) < b n¶n gi£ thi‚t ban (cid:31)ƒu x(m) = b + o + 1 l(cid:160) kh(cid:230)ng ch‰nh x¡c.
Tł c¡c BŒ (cid:31)• tr¶n ta c(cid:226) (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) sau.
2.8 Chøng minh (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.3.1 ( (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) ng¤u nhi¶n)
(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.7.6. V(cid:238)i m > 3, kh(cid:230)ng c(cid:226) nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n, l· cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2).
Chøng minh. a) V(cid:238)i m = 3, ¡p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.2.1 ta c(cid:226) {b, x(1), x(3)} l(cid:160) nghi»m l(cid:238)n cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) v(cid:238)i
x(1) = b − 1, x(3) = b − 2, ho(cid:176)c x(1) = b − 2, x(3) = b − 1. Ta c(cid:226) (cid:31)i•u ph£i chøng minh. b) V(cid:238)i m > 3 - H» qu£ 2.3.5 (cid:31)¢ khflng (cid:31)(cid:224)nh v(cid:238)i b l(cid:160) sŁ chfin b§t k…, v(cid:160) v(cid:238)i o, o(cid:48), o(cid:48)(cid:48) l(cid:160) c¡c sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng, l· th… 9 d⁄ng trong (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.3.1 (cid:31)•u l(cid:160) nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2).
- N‚u x(i) < b, v(cid:238)i m(cid:229)i i, th… d⁄ng (1) s‡ l(cid:160) nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh
(2.2) theo (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.4.6.
- N‚u t(cid:231)n t⁄i i, sao cho x(i) ≥ b, theo (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.5.2 ta c(cid:226) ho(cid:176)c x(m) = b + 1, ho(cid:176)c x(m) = b + o(cid:48)(cid:48) +2, x(m − 1) = b + o(cid:48)(cid:48) +1, x(m − 2) = b + o(cid:48)(cid:48) − 1, ...,
x(m − j) = b + 2, v(cid:238)i j l(cid:160) mºt sŁ nguy¶n d(cid:247)(cid:236)ng n(cid:160)o (cid:31)(cid:226). - (cid:129)p d(cid:246)ng h» qu£ 2.3.5, ta th§y t(cid:231)n t⁄i j0 sao cho x(j0) = b, v(cid:160) v(cid:238)i t“p
{x(i) : i > j0} , ho(cid:176)c t“p {x(m) = b + 1} , ho(cid:176)c l(cid:160) t“p
{x(j0 + 1), x(j0 + 2), ..., x(m − 1), x(m)}
37
= {b + 2, b + 4, ..., b + o(cid:48)(cid:48) + 1, b + o(cid:48)(cid:48) + 2}
V… v“y nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) s‡ c(cid:226) c¡c d⁄ng tł (3) (cid:31)‚n (9). - N‚u t(cid:231)n t⁄i j0 (cid:31)” x(j0) = b, v(cid:238)i t“p {x(i) : i > j0}, (cid:129)p d(cid:246)ng BŒ (cid:31)• 2.6.1, BŒ (cid:31)• 2.6.3, v(cid:160) (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.6.4 ta th§y nghi»m cıa (2.2) c(cid:226) d⁄ng (2.11), (2.14) ho(cid:176)c (2.15).
Ta s‡ c(cid:226) ho(cid:176)c l(cid:160) t“p {x(1) = {b − 1}} , ho(cid:176)c l(cid:160)
{x(1), x(3), ..., x(j0 − 1)} = {b − o − 3, b − o − 1, b − o, ..., b − 1} , ho(cid:176)c l(cid:160) {x(1), x(3), ..., x(j0 − 1)} = {b − o − 3, b − o − 1, b − o, ..., b − 3} , ho(cid:176)c l(cid:160)
{x(1), x(3), ..., x(j0 − 1)} ={b − o − 4 − o(cid:48), b − o − 3 − o(cid:48), b − o − 1 − o(cid:48), }
∪ {, ..., b − o − 4, b − o − 1, b − o, ..., b − 1}
V… v“y nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (2.2) s‡ l(cid:160) mºt trong c¡c d⁄ng tł (2) (cid:31)‚n (9).
- Trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp b l(cid:160) sŁ l·, ¡p d(cid:246)ng (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.7.6 ta th§y ph(cid:247)(cid:236)ng
tr…nh (2.2) kh(cid:230)ng c(cid:226) nghi»m nguy¶n tŁ l(cid:238)n.
38
K‚t lu“n
Lu“n v«n (cid:31)¢ tr…nh b(cid:160)y nhœng nºi dung ch‰nh nh(cid:247) sau:
1. C(cid:230)ng thøc Binet cho d¢y Fibonacci v(cid:160) d¢y Lucas.
2. B(cid:160)i to¡n 779 v(cid:160) 804.
3. Mºt sŁ kh¡i ni»m v(cid:160) k‚t qu£ li¶n quan (cid:31)‚n ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tuy‚n t‰nh tŒng qu¡t v(cid:238)i d¢y Fibonacci.
4. Tr…nh b(cid:160)y l(cid:237)i gi£i trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp m = 3, 4.
5. Tr…nh b(cid:160)y l(cid:237)i gi£i trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp tŒng qu¡t.
39
T(cid:160)i li»u tham kh£o
[1] Andrew Cusumano. Problem B-779. The Fibonacci Quarterly 33.1
(1995) 85.
[2] L. A. G Dresel. Problem B-804. The Fibonacci Quarterly 35.1 (1997)
88.
[3] The Problem Editor. Problem B-779. The Fibonacci Quarterly 34.1
(1996) 84.
[4] Ruawrll Jay Hendel. Linear equalities in Fibonacci numbers.(esented on the Occasjon of Harold Stark’s 65th Birthday). Submitted August 2004-Final Revision February 2005.