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51 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Progresiones Geométricas de Oro Juárez, Gustavo Adolfo; Navarro, Silvia Inés Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Catamarca. Avda. Belgrano 300. (4700) Catamarca. silvinafacen@yahoo.com.ar Fecha de presentación:30/03/2012 Fecha de aceptación:11/06/2012 Resumen Las sucesiones de Fibonacci y de Lucas forman parte de un conjunto más general al que nos referiremos en este artículo. En ellas se observa un comportamiento análogo entre ambas, consecuencia de ser soluciones de una misma ecuación pero con condiciones iniciales distintas. Tal ecuación es una ecuación en diferencias finitas y junto a los dos valores iniciales determinan un problema con valor inicial discreto de segundo orden homogéneo con coeficientes unitarios diferenciados solamente por sus dos valores iniciales dados. Estos problemas tienen como soluciones sucesiones recurrentes. Las identidades entre elementos de ambas 52 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. sucesiones arriba citadas es por demás conocidas, aquí pretendemos extender las mismas a elementos de otras sucesiones más generales a las que llamaremos Progresiones Geométricas de Oro. Palabras Clave: Número de Fibonacci; Número de Lucas; Ecuaciones recurrentes; Ecuaciones en diferencias; Progresiones geométricas. Gold Geometric Progressions Abstract The sequences of Fibonacci and Lucas are part of a larger body to which we refer in this article. They show a similar behavior between the two, due to be solutions of the same equation but with different initial conditions. This equation is a finite difference equation with two initial values determines an initial value problem of second order discrete homogeneous unit rates differentiated only by their given two initial values. These problems are recurring sequences as solutions. The identities between elements of both sequences mentioned above is known other, here we intend to extend them to other elements of more general sequences which we will call Gold Geometric Progressions Keywords: Fibonacci number; Lucas number; Recurrent equations; Difference equations; Geometric progressions. 53 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Introducción Ecuaciones en Diferencias Siendo { }nx una sucesión se entiende por Ecuación en Diferencias a toda ecuación que relaciona términos de esa sucesión [4]. Así, las siguientes son Ecuaciones en Diferencias, (en adelante EED): nxxx nnn 2853 12 =+− ++ , 7325 3 2 23 1 ++−=−+ nnnxx nn , 032 24 =+− ++ nnn xxx La primera de ellas es de segundo orden, la siguiente de primer orden y la última de cuarto orden. Es decir, entendemos por orden a la máxima diferencia entre los subíndices de los términos de la sucesión presente en la ecuación. Además la última se dice homogénea mientras que las otras no. Esto es, que una vez ubicados los términos que contiene a elementos de una sucesión en un miembro si se iguala a cero es homogéneo, en caso contrario no homogéneo. En todos los casos se consideró coeficientes constantes y ecuaciones lineales, tal linealidad está en las incógnitas de la ecuación, o sea en los términos de la sucesión. Resolver una EED es hallar la sucesión que satisface tal ecuación. Nos detendremos en las ecuaciones de segundo orden, por ser el interés de este trabajo, para las cuales resolver requiere 54 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. de una ecuación auxiliar denominada ecuación característica, la cual es algebraica de segundo grado en una incógnita con idénticos coeficientes de la EED dada. La solución de la ecuación algebraica son dos números no necesariamente distintos, denominados raíces características. Tales raíces permiten formar la solución de la EED, como una combinación lineal de potencias enésimas de tales raíces para el caso de raíces características. En el caso de raíces características iguales la combinación lineal se realiza entre esa raíz y un múltiplo de ella, [1], [4], [7]. Entonces, dada una ecuación en diferencias lineal con coeficientes constantes de segundo orden homogénea 012 =++ ++ nnn bxaxx , con 0≠b , la ecuación característica es 02 =++ baxx . Las raíces características la indicaremos con 1ρ y 2ρ . La solución de la EED se expresa como: nnn CCx 2211 ρρ += si las raíces características son distintas, y ( ) nn nCCx ρ21 += , si ambas raíces características son iguales, indicándolas con ρ . Por ejemplo la EED 0107 12 =+− ++ nnn xxx , tiene raíces características distintas, ellas son 2 y 5 y la sucesión solución es nn n CCx 52 21 += . Mientras que la EED 0168 12 =+− ++ nnn xxx tiene la raíz doble 4, y la solución es la sucesión ( ) nn nccx 421 += . 55 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Desarrollo Problemas con valores inicial discreto Obtener la sucesión solución de una ecuación en diferencias implica hallar una expresión que contiene tantas constantes como el orden de la ecuación, de esa manera la solución no es única [4], [5]. La unicidad la obtenemos si tales constantes toman un valor definido. Para ello debemos conocer los valores iniciales de la sucesión. Para una ecuación en diferencias de segundo orden necesitamos dos valores iniciales. Una EED con valores iniciales dados se denomina Problema con Valor Inicial Discreto (en adelante PVID), donde su solución es una sucesión única cuya representación no contiene constantes. Por ejemplo, podemos citar los siguientes PVID: ⎩ ⎨ ⎧ +−=− = + 523 4 2 1 0 nnxx x nn ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ =− = = + 2 5 3 2 1 0 nn xx x x ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ =+− = = == ++ 02 4 3 1 34 3 2 10 nnn xxx x x xx El primero de los ejemplos contiene una EED de primer orden y por lo tanto una condición inicial. En el segundo, el problema con valor inicial tiene una EED de segundo orden y dos valores iniciales. Obsérvese que la EED no contiene todos los términos. Mientras que el tercer problema es de cuarto orden y por ello tiene cuatro valores iniciales. De esta manera la solución que se obtiene en un PVID es particular, o sea, carece de constantes. 56 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Para los PVID anteriores las soluciones son las sucesiones: ...,13,7,4,3,1,1: ...,7,7,5,5,3: ....,182,57,17,4: n n n x x x Temporada de conejos: Sucesión de Fibonacci El problema con valor inicial discreto que primero saltó a la fama fue el de los conejos, y se le atribuye a Leonardo de Pisa. Este gran matemático escribió su majestuosa obra Liber abaci (1202), el cuál es un libro histórico sobre aritmética, que tiene dos traducciones comunes, El libro del ábaco o El libro del cálculo [3], [10]. Con este trabajo, introduce a Europa los números arábigos, un elemento importantísimo en nuestro sistema decimal, el cual había aprendido cuando estudió con los árabes mientras vivía en el norte de África con su padre, Guglielmo. 57 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Leonardo de Pisa, inmortalizado como Fibonacci El apodo de Guglielmo (Guillermo), padre de Leonardo, era Bonacci (simple o bien intencionado). Leonardo recibió póstumamente el apodo de Fibonacci (por filius Bonacci, hijo de Bonacci). Guglielmo dirigía un puesto de comercio en Bugía (según algunas versiones era el cónsul de Pisa), en el norte de África (hoy Argelia), y de niño Leonardo viajó allí para ayudarlo en donde aprendió el sistema de numeración árabe. A Leonardo se lo conoce entonces por Leonardo de Pisa, Leonardo Pisano o Leonardo Bigollo, este último, nombre que adquirió mientras formaba parte de la Corte delEmperador Federico II, en la República de Pisa, sin embargo como Fibonacci paso a la inmortalidad. El problema de los conejos dado por Fibonacci en Liber Abacci, plantea las siguientes condiciones [10]. Supongamos que: 58 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. • Se coloca un par de conejos en un recinto el primer día de enero, • Este par produce otro par de conejos el primero de febrero y el primer día de cada uno de los meses siguientes, • Cada nuevo par de conejos madura en un mes y produce un nuevo par de conejos en el primer día del siguiente mes de vida y en el primer día de cada uno de los meses siguientes. Con lo cuál debemos distinguir dos grupos de conejos, los adultos y los recién nacidos, se los indicaremos con las sucesiones iA y iB respectivamente, correspondientes al i-ésimo mes. Las dos sucesiones tienen sus primeros elementos: :iA 1, 1, 2, 3, 5, ..... :iB 0, 1, 1, 2, 3, .... De ambas se propone una nueva sucesión iT , que indica la cantidad total de conejos para idéntico tiempo, o sea es la suma: iii BAT += . Por otro lado podemos observar que nn AB =+1 para 1≥n y que 112 +++ += nnn BAA , con lo que en términos de los conejos adultos se tiene: nnn AAA += ++ 12 para 1≥n . A ésta sucesión se la denomina Sucesión de Fibonacci: nn AF = . Hasta aquí el subíndice de la sucesión de Fibonacci se inicia en uno. En consecuencia 11 −− == nnn FAB para 2≥n . Si 59 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. hacemos 1=n , tenemos 01 FB = , definiendo el primer término de Fibonacci y quedando la ecuación recurrente de la sucesión 11 −+ += nnn FFF , como ecuación generadora de los restantes términos a partir de los dos valores iniciales, 00 =F y 11 =F . Ambas expresiones definen a la sucesión de Fibonacci mediante el PVID siguiente: ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≥+= = = −+ 1; 1 0 11 1 0 nFFF F F nnn También conocida como definición recurrente de la sucesión de Fibonacci. Como la solución de la ecuación en diferencias del PVID se expresa generalmente en términos de las raíces características 2 51+ =α y 2 51− =β , la sucesión se puede escribir como ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − −⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = nn nF 2 51 2 51 5 1 para 1≥n . Expresión conocida como Fórmula de Binet, en homenaje al matemático francés Jacques-Phillipe-Marie Binet (1786-1856), y que en término de las raíces características se expresa como: βα βα − − = nn nF . La primera raíz característica, α se conoce como el Número de Oro, y se representa con Φ , que es un número 60 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. irracional y se lo estudia en la razón áurea de un segmento y en el rectángulo áureo. Como α=Φ , podemos hallar otra representación de la sucesión de Fibonacci en la forma de Binet. Para ello primero presentemos algunas identidades de las raíces características, esto es: 1. 1=+ βα 5. 12 += ββ 2. 5=− βα 6. 322 =+ βα 3. 1−=⋅ βα 7. βαβα −=− 22 4. 12 +=αα 8. 122 =⋅ βα La forma de Binet se expresa en términos del número áureo como ( ) 12 1 −Φ Φ−−Φ = nn nF Y Lucas... y Lucas... y Lucas Esta expresión clásica en el pato Lucas Armando, por estar siempre después de Bugs Bunny [2], parece llevarnos a la segunda sucesión más conocida, que parte de un PVID con igual EED pero con valores iniciales distintos. De allí que la solución general es la misma en ambas sucesiones pero los valores iniciales la diferencian de la anterior, es decir de la sucesión de Fibonacci. 61 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Antes, aclaremos quien es nuestro Lucas, no nos referimos al personaje de los dibujos animados sino a François Édouard Anatole Lucas (Amiens, 4 de abril de 1842-París, 3 de octubre de 1891), quién fue un reconocido matemático francés. François Lucas, matemático francés Trabajó en el observatorio de París y más tarde fue profesor de matemáticas en la capital del Sena, [3], [8]. Se le conoce sobre todo por sus trabajos sobre la sucesión de Fibonacci y por el test de primalidad que lleva su nombre, pero también fue el inventor de algunos juegos recreativos matemáticos muy conocidos como el de las Torres de Hanói. Entre las incursiones que realizó sobre la sucesión de Fibonacci, está la notación que el asignó a la misma, ésta es: ( ) 5 1 nn nF Φ−−Φ = . 62 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Por otro lado definió y estudió una sucesión que se conoce como de Lucas, dada por el PVID ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ += = = −+ 11 2 1 3 1 nnn LLL L L La sucesión en términos de las raíces se puede denotar usando la expresión de Binet como nn nn nL βα += ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − +⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = 2 51 2 51 , para 1≥n . Esta sucesión tiene valores iniciales muy particulares, en efecto βα +=1L y 22 2 βα +=L , es decir estos valores dependen de las raíces características de la EED. Con esto redefinimos a la sucesión de Lucas como ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ += += += nn nL L L βα βα βα 22 2 1 Por otro lado, así como la sucesión de Fibonacci pudo extenderse al subíndice cero, lo mismo podemos hacer con la de Lucas. Para ello tomemos la EED generadora hacia atrás, esto es: 213120 =−=−= LLL . Obsérvese que éste valor satisface la última definición para 0≥n , con lo cual extendemos la sucesión de Lucas, y ahora podemos escribirla ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ += = = −+ 11 1 0 1 2 nnn LLL L L 63 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. También podemos usar el número áureo para definir la sucesión. En tal caso: n n nL ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − +Φ= 2 51 . O bien, como Φ−=−= 11 αβ , nos queda ( )nnnL Φ−+Φ= 1 Además como ( ) ( )( ) ( ) ( ) n nn nnn n − −− −− Φ−=⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + −=⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − + = =⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +− + =⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − =⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = 2 51 51 512 5151 512 51 2 2 51β También podemos decir que ( ) nnnL −Φ−+Φ= Progresiones Geométricas de Oro Vimos que las sucesiones Fibonacci y de Lucas tienen la misma EED en el PVID, es decir, se generan a través de la misma forma recurrente. La EED en cuestión, cuyas soluciones particulares vimos son representadas por α y β , y que determinan la solución general de la EED, como combinación lineal de potencias enésimas de ellas. Estas raíces características son los números irracionales que satisfacen: βα > Una generalización en forma inmediata podemos realizar para estas sucesiones al escribir como un PVID con igual EED pero con valores iniciales arbitrarios. 64 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. A este tipo de sucesiones que [3] cita como una generalización de la sucesión de Fibonacci, es a la que nos referimos en este artículo, y a las cuales las dos sucesiones de Fibonacci y Lucas son casos particulares. Si de poner nombres se trata las denominaremos Progresiones Geométricas de Oro, y mencionaremos el porque. El número de oro α=Φ , cuenta con un gran número de propiedades, y asociado a la sucesión de Fibonacci se hallan varias de ellas. Una de ellas es la siguiente y que cumpliría su primera centuria, y se le adjudica a Barr y Schooling (1912): Φ=+ ∞→ n n n F F 1lim Esta propiedad se verifica en términos de la EED y es independiente de los valores iniciales, por lo que puede extenderse a la sucesión generalizada, o sea a las Progresiones Geométricas de Oro (en adelante PGO). Con esto la propiedad puede escribirse Φ= Φ Φ + ∞→ n n n 1lim . Esto se verifica, pues: n n n nn nn nn n n cc cc cc cc ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛+ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛+ = + + = Φ Φ ∞→ ++ ∞→ + ∞→ α β α ββα βα βα 21 21 21 1 2 1 11 limlimlim Como 1< α β , resulta 0lim=⎟⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∞→ n n α β . Con esto el límite es el número áureo. 65 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Por lo tanto se puede escribir, nn ΦΦ=Φ +1 para ∞→n , es decir es una progresión geométrica con razón Φ , o sea una progresión geométrica con razón áurea, o PGO. De ésta manera la generalización que llamamos PGO la podemos expresar mediante el PVID: ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ Φ+Φ=Φ Φ=Φ Φ=Φ −+ 11 2 1 )2( )1( nnn Busquemos la forma de Binet de una PGO. Como la solución general de la EED asociada al PVID es: nnn CC βα 21 +=Φ Y según los valores iniciales que podemos llamar A y B respectivamente, queda: ACCCC =+=+=Φ 21 0 2 0 10 βα y BCCCC =+=+=Φ βαβα 21 1 2 1 11 De allí que βα β − − = ABC1 y βα α − − = BAC2 , por lo que podemos dar como forma de Binet a la siguiente expresión, donde se destacan los valores iniciales: ( ) ( ) βα βααβ − −+− =Φ nn BA n BAAB, Forma de Binet general para toda PGO que verifica para los casos particulares que son: βα βα − − =Φ= nn nnF 1,0 y ( ) ( ) βα βααβ − −+− =Φ= nn nnL 12211,2 66 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Además, como 51221 =−=−=− βααβ , se verifica que nn nnL βα +=Φ= 1,2 Vivir el sueño del oro, morir el sueño de las progresiones Es por demás conocido las principales propiedades de los números de Fibonacci, enumerar a todas es un gran desafío, aquí nos basaremos en algunas de las que se mencionan en las bibliografías de referencias, pero nuestra intención en este trabajo es presentar a las progresiones geométricas de oro como una forma general que incluyen a las de Fibonacci y a las de Lucas, por lo que procuraremos dar la extensión de estas versiones, o al menos soñar el sueño del oro y no perecer en las demostraciones de tales progresiones, parafraseando la zamba de los mineros [6]. Los enunciados los presentaremos en el orden en que suelen indicarse en las bibliografías de referencias, pero usando para nuestras progresiones la notación anterior como una generalización de las sucesiones de Fibonacci y de Lucas, o sea como PGO. Propiedad 1: La suma de los n primeros términos de una progresión geométrica de oro es igual a la diferencia entre el (n+2) término menos el segundo término. 67 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. En efecto: de la EED del PVID 11 −+ Φ+Φ=Φ nnn , se tiene nnn Φ−Φ=Φ +− 11 con lo cuál justificamos el desarrollo siguiente en donde cada uno de los n primeros términos se expresan así: 120 Φ−Φ=Φ 231 Φ−Φ=Φ 342 Φ−Φ=Φ . . . . . . . . . nnn Φ−Φ=Φ +− 11 Sumando miembro a miembro las n igualdades anteriores resulta: 111210 ... Φ−Φ=Φ++Φ+Φ+Φ +− nn Tal como queríamos probar. █ La propiedad anterior considera la suma de todos los n primeros términos de una PGO. Ahora nos remitiremos a los de orden impar y par, recuerde el lector que al iniciar el subíndice en 0, el primer término lleva subíndice 0, el segundo lleva subíndice 1, ..., el término que se ubica en orden impar lleva índice par y viceversa. 68 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Propiedad 2: La suma de la n primeros términos de orden par de una progresión geométrica de oro es igual al término de orden impar siguiente menos el primer término. Ahora usaremos la relación 11 −+ Φ−Φ=Φ nnn que también se obtiene de la EED del PVID, pero donde la paridad de los índices del segundo miembro son iguales y distinta a la del primero. Es decir, que para los términos de orden par desde el segundo se cumple: 021 Φ−Φ=Φ 243 Φ−Φ=Φ 465 Φ−Φ=Φ . . . . . . . . . . . 22212 −− Φ−Φ=Φ nnn Sumando miembro a miembro estas igualdades resulta: 0212531 ... Φ−Φ=Φ++Φ+Φ+Φ − nn █ Propiedad 3: La suma de los n primeros términos de orden impar de una progresión geométrica de oro es igual al término de orden par siguiente menos el segundo término y mas el primer término. Aplicando la primera propiedad para los primeros 2n términos y restando los impares según lo dado por la segunda propiedad, resulta lo que deseamos demostrar: 69 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. 0112 01212 0211222420 ][][... Φ+Φ−Φ= Φ+Φ−Φ−Φ= Φ−Φ−Φ−Φ=Φ++Φ+Φ+Φ − + +− n nn nnn █ Propiedad 4: La suma alternada de los n primeros términos de una progresión geométrica de oro es igual al término de orden (n-1) con el signo contrario al que figura en el primer miembro más dos veces el primer término y menos el segundo término. Para la demostración debemos restar miembro a miembro las propiedades anteriores: 1022 1021212223210 2 2 Φ−Φ+Φ−= =Φ−Φ+Φ−Φ=Φ−Φ++Φ−Φ+Φ−Φ − −−− n nnnn... O bien, pasando de los dos primeros desarrollo n2Φ 1012212223210 2... Φ−Φ+Φ=Φ+Φ−Φ++Φ−Φ+Φ−Φ −−− nnnn Combinando ambas expresiones resulta lo que debíamos probar: 1013210 2)1()1(... Φ−Φ+Φ−=Φ−++Φ−Φ+Φ−Φ −n n n n █ La representación del cuadrado de un término de una PGO en relación a otros de la misma progresión se establece a continuación. 70 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Propiedad 5: El cuadrado de un término de una progresión geométrica de oro puede expresarse como la diferencia de ese término multiplicado por el siguiente término y del mencionado término por el anterior. ( ) 11112 −+−+ ΦΦ−ΦΦ=Φ−ΦΦ=ΦΦ=Φ kkkkkkkkkk █ Usando la notación obtenida en el enunciado anterior podemos efectuar la suma de los cuadrados de los primeros números áureos. Propiedad 6: La suma de los cuadrados de los primeros n términos de una progresión geométrica de oro puede expresarse 2 0101 2 1 2 1 2 0 ... Φ+ΦΦ−ΦΦ=Φ++Φ+Φ −− nnn En efecto: 1021 2 1 ΦΦ−ΦΦ=Φ 2132 2 2 ΦΦ−ΦΦ=Φ 3243 2 3 ΦΦ−ΦΦ=Φ ................................. 121 2 1 −−−− ΦΦ−ΦΦ=Φ nnnnn Sumando miembro a miembro y considerando la identidad del cuadrado del primer término se prueba el enunciado. █ 71 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Una relación que permite expresar al primer elemento en términos de otros arbitrarios consecutivos se obtiene de la siguiente manera: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ................................................... 13885 8553 5332 322 2 67676 56565 45454 34343 23232 120 Φ+Φ−=Φ−Φ−Φ= Φ−Φ=Φ−Φ+Φ−= Φ+Φ−=Φ−Φ−Φ= Φ−Φ=Φ−Φ+Φ−= Φ+Φ−=Φ−Φ−Φ= Φ−Φ=Φ Vemos como aparecen los términos siguientes de la sucesión áurea acompañados con coeficientes que son sucesivos términos de la sucesión de Fibonacci, y con signos positivos y negativos intercalados. Con lo cuál podemos reescribir como: ............................. 6776 5665 4554 3443 2332 12210 Φ+Φ−= Φ−Φ= Φ+Φ−= Φ−Φ= Φ+Φ−= Φ−Φ=Φ FF FF FF FF FF FF Formalmente podemos enunciar: 72 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Propiedad 7: ( ) ( ) nnnnnn FF Φ−+Φ−=Φ +++ 1110 11 █ Podemos tomar en forma arbitraria a un término áureo para escribir en término de los siguientes usando el desarrollo de la propiedad anterior. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ................................................... 13885 8553 5332 322 2 67676 56565 45454 34343 23232 12 +++++ +++++ +++++ +++++ +++++ ++ Φ+Φ−=Φ−Φ−Φ= Φ−Φ=Φ−Φ+Φ−= Φ+Φ−=Φ−Φ−Φ= Φ−Φ=Φ−Φ+Φ−= Φ+Φ−=Φ−Φ−Φ= Φ−Φ=Φ hhhhh hhhhh hhhhh hhhhh hhhhh hhh Que como se ve es inmediata a partir del desarrollo anterior por lo que escribimos: 73 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. .............................. 6776 5665 4554 3443 2332 1221 ++ ++ ++ ++ ++ ++ Φ+Φ−= Φ−Φ= Φ+Φ−= Φ−Φ= Φ+Φ−= Φ−Φ=Φ hh hhhh hh hh hhh FF FF FF FF FF FF Formalmente podemos enunciar: Propiedad 8: ( ) ( ) nhnnnhnnh FF +++++ Φ−+Φ−=Φ 111 11 █ Las dos propiedades anteriores muestran de qué manera al relacionar términos de una progresión geométrica de oro arbitraria, aparecen términos de la Sucesión de Fibonacci. Resultados Y por casa como andamos: el método de inducción completa y sus variantes Si bien estas últimas identidades se fueron construyendo término a término, se pueden intentar verificar las 74 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. demostraciones por medio del Método de Inducción Completa (en adelante MIC). Más aún, este método consiste en mostrar la validez de una proposición relacionada a números enteros positivos, y se compone de dos partes. En la primera, el enunciado a probar debe satisfacerse para el primer elemento de la sucesión de elementos en cuestión, en la segunda parte, la proposición se supone válida para un elemento arbitrario de la sucesión y debe probarse la validez del enunciado para el término siguiente de la sucesión. Esta segunda parte de la demostración se dice que se compone de un teorema donde la suposición forma una hipótesis inductiva. Una vez que las dos partes del método se satisfacen se puede decir que la proposición es válida para todo elemento de la sucesión. Muchas veces se desea probar la validez de un enunciado por inducción completa pero debido a su estructura, propia de la sucesión, debe modificarse el enunciado anterior del método [4], [7], [9], y que, para los que tuvimos la suerte de asistir a las clases en donde Homero A. Costa [4] las citaba, formalmente llamándolas como las variantes del MIC. Para apreciar como variantes del MIC, se pueden presentar distintas situaciones a la vez o varias de ellas, a saber. El primer elemento de la sucesión que debe satisfacer una proposición, puede no ser cero, sino un número arbitrario. Además la sucesión puede contar con más de un valor inicial sobre el cuál debe probarse el enunciado de la proposición. De esta manera la primera parte del MIC debe manifestar cambios. Por otro lado, la hipótesis inductiva (indicada luego como HI) también debe mencionar si el supuesto se da sobre un único valor inicial o sobre varios, y finalmente la tesis del teorema de la segunda parte 75 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. también debe mencionar si la expresión de la proposición es única o no. Usaremos una variante del MIC para probar la validez del enunciado siguiente: Propiedad 9: 11 +−+ Φ+Φ=Φ mnmnmn FF con 0,1 ≥≥ mn Realizamos la demostración por inducción en n, tomando fijo a m. Como se trata de PGO, existen dos valores iniciales, por ello la primera parte se prueba para n =1 y n =2. i) Sea n =1, la expresión queda: mmmmmm FF ++++ Φ=Φ⋅+Φ=Φ+Φ=Φ 111101 10 Sea n =2, la expresión resulta: 11212 +++ Φ+Φ=Φ+Φ=Φ mmmmm FF , lo cual es válido por definición de la PGO. ii) Para la segunda parte del método planteamos la hipótesis inductiva y la tesis. HI) Para 1−= hn se verifica 1121 +−−+− Φ+Φ=Φ mhmhmh FF Y para hn = se verifica 11 +−+ Φ+Φ=Φ mhmhmh FF 76 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. T) Se desea probar que para 1+= hn se cumple 111 ++++ Φ+Φ=Φ mhmhmh FF D) Partimos del primer miembro de la tesis, aplicamos la definición de la PGO y luego las identidades de HI, para luego agrupar el primer y tercer término por un lado y los restantes por otro y obtener la identidad buscada. 11 11112 11 ++ +−+−− ++−++ Φ+Φ= Φ+Φ+Φ+Φ= Φ+Φ=Φ mhmh mhmhmhmh mhmhmh FF FFFF De ambas partes, se dice que el enunciado es válido. █ Podemos aplicar la propiedad anterior y suponer que nm = . Propiedad 10: 112 +− Φ+Φ=Φ nnnnn FF con 1≥n █ De esta última resulta una identidad simétrica Propiedad 11: 1111 −++− Φ+Φ=Φ+Φ nnnnnnnn FFFF con 1≥n En efecto: 77 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. ( ) ( ) 11 11 11 1111 −+ −− −− −−+− Φ+Φ= Φ+Φ+= Φ+Φ+Φ= Φ+Φ+Φ=Φ+Φ nnnn nnnnn nnnnnn nnnnnnnnn FF FFF FFF FFFF █ Como una aplicación de las dos propiedades anteriores resulta la identidad: Propiedad 12: 11112 −−++ Φ−Φ=Φ nnnnn FF con 1≥n En efecto, partiendo de la propiedad 10, la recurrencia de la sucesión de Fibonacci y la de la PGO arbitraria, se tiene: ( ) ( ) 1111 1111 1111 11111 1111 112 −−++ ++−− +++− +−++− +−+− +− Φ−Φ= Φ+Φ−= Φ+Φ−Φ= Φ−Φ+Φ= Φ−+Φ= Φ+Φ=Φ nnnn nnnn nnnnn nnnnnn nnnnn nnnnn FF FF FF FFF FFF FF █ 78 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Otra sucesión interesante: ...Conejos de oro El análisis realizado hasta aquí nos llevo a definir otra sucesión que nos resulta interesante, y para ello la vamos a definir en términos de una PGO como ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ Φ+Φ=Φ −=Φ −=Φ =Φ −+ −− 11 22 2 1 , 22 nnn n βα βα βαβα Es inmediato ver que las condiciones iniciales son iguales pues, de la primera propiedad de las raíces características, resulta: βαβα −=− 22 . A partir de allí algunos de los siguientes términos son: ( ) ( ) ( ) ( ) ....,8,5,3,2 βαβαβαβα −−−− Es inmediato ver que ( ) nnn FF 5 22, =−=Φ −− βαβαβα , o sea es una sucesión múltiplo irracional de la sucesión de Fibonacci, por lo que muchas propiedades de esta nueva sucesión se hallan directamente de la sucesión de Fibonacci. Antes de buscar la forma de Binet de esta sucesión a partir de la forma de una PGO vemos que podemos extender al subíndice cero para él 0 22, 0 =Φ −− βαβα , con lo cual los valores iniciales ahora pueden ser 0 y βα − . Por ello la forma de Binet resulta nn n βα βα −=Φ −,0 79 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Conclusión Poder expresar a las sucesiones de Fibonacci y de Lucas como casos particulares de una familia de sucesiones que responden a una sucesión recurrente generada por una misma ecuación en diferencias, solo variando por los valores iniciales, ha sido un desafío en este articulo, complementado por la expresión como un problema de valor inicial discreto. Finalmente enunciar una sucesión particular en término de las raíces características de la ecuación algebraica asociada a fin de asociar con las sucesiones de Fibonacci y Lucas, nos da una propuesta para continuar investigando sobre la misma. 80 Progresiones Geométricas de Oro Juárez, G. A.; Navarro, S. I. Referencias [1] Brousseau Brother Alfred (1971) Linear recursion and Fibonacci sequences. A publication of The Fibonacci Association. [2] Episodio Mejores amigos. El show de los Looney Tunes (2012) Vol. 1. DVD video. Warner Bros. Entertaiment Inc. [3] Hoggatt Jr, Verter E. (1969) Fibonacci and Lucas Numbers. Albert E. Meder, Jr. Editorial Adviser. A publication of The Fibonacci Association. University of Santa Clara. [4] Juárez, G. A.; Navarro, S. I. (2005) Ecuaciones en Diferencias con aplicaciones a modelos en Sistemas Dinámicos. Editorial Sarquís. Argentina. [5] Juárez, G. A.; Navarro, S. I. (2011) Problemas discretos con valores iniciales. Revista de Educación Matemática. Volumen 26 N° 2. Año. pps 3-13. [6] Leguizamón, Gustavo; Jaime Dávalos: La zamba de los mineros. [7] Markushévich, A. I. (1974) Sucesiones Recurrentes. Editorial MIR. Moscú. [8] Viggiani Rocha, María Isabel (2010) La sucesión de Lucas. Revista de Educación Matemática Volumen 25 N° 3. Año. pps 3-18. [9] Sominski, I. S. (1975) Método de Inducción Matemática. Editorial MIR. Moscú. [10] Vorobyov, N. N. (1988) Los números de Fibonacci. Editorial Limusa. México.