盧卡斯數列

法國數學家盧卡斯 (Edouard Lucas 1842-1891)

(照片取自「The MacTutor History of Mathematics Achieve」http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/ )

 

盧卡斯數列

盧卡斯數列 (Lucas Sequence) 和費波拿契數列 (Fibonnacci Sequence) 有莫大的關係。故本人在介紹費波拿契數以後也得為盧卡斯數列多添一章。

先定義整數 P 和 Q 使 D = P2 - 4Q > 0,

從而得一方程 x2 - Px + Q = 0,其根為 a, b,

現定義盧卡斯數列為:

Un(P,Q) = (an - bn) / (a-b) 及 Vn(P,Q) = an + bn

其中 n 為非負整數,得 U0(P,Q) = 0、 U1(P,Q) = 1 、 V0(P,Q) = 2 、 V1(P,Q) = P、......

我們有下列和盧卡斯數列相關的�痤它﹛G

Um+n = UmVn - anbnUm-n 、 Vm+n = VmVn - anbnVm-n

Um+1 = P*Um - Q*Um-1 、 Vm+1 = P*Vm - Q*Vm-1 (取 n = 1)

U2n = UnVn 、 V2n = Vn2 - Qn

U2n+1 = Un+1Vn - Qn 、 V2n+1 = Vn+1Vn - PQn

 

若取 (P,Q) = (1,-1),我們便有 Un 為費波拿契數,

即 0、 1、 1、 2、 3、 5、 8、 13、 21、 34、 55、 89、 144、 233、 377、 610、 987、 1597、 2584、 4141、 6765等。

而 Vn 為盧卡斯數 (Lucas Number),

即 2、 1、 3、 4、 7、 11、18、 29、 47、 76、 123、 199、 322、 521、 843、 1364、 2207、 3571、 5781、 9349 等。

若取 (P,Q) = (2,-1),我們便有 Un 為佩爾數 (Pell Number),

即 0、 1、 2、 5、 12、 29、 70、 169、 408、 985、 2378、 5741等。

而 Vn 為佩爾 - 盧卡斯數 (Pell - Lucas Number) (詳見另文《佩爾數列》),

即 2、 2、 6、 14、 34、 82、 198、 478、 1154、 2786、 6726等。

此等全都是數學界很有名的數列。

 

盧卡斯數的性質

盧卡斯數 (簡記 Ln) 有很多性質和費波拿契數很相似。如 Ln = Ln-1 + Ln-2,其中不同的是 L1 = 1、 L2 = 3。

所以盧卡斯數有:1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, ...... (OEIS A000204),當中的平方數只有 1 和 4,這是由哥恩 (John H. E. Cohn) 證明的。而素數,即盧卡斯素數 (Lucas Prime) 則有: 3, 7, 11, 29, 47, ...... 。當中現在知道最大的擬素數 (Probable Prime) 為 L574219 ,此數達 120005位之多。

我們有下列和盧卡斯數相關的�痤它﹛G

Ln2 - Ln-1Ln+1 = 5 (-1)n

L12 + L22 + ...... + Ln2 = LnLn+1 - 2

Lm+n = (5FmFn + LmLn) / 2 (式中的 Fn 為費波拿契數)

Lm-n = (-1)n (LmLn - 5FmFn) / 2

Ln2 - 5Fn2 = 4 (-1)n

 

盧卡斯素數龍虎榜

n
數位
發現者
年份
56003
11704
歐文 (Sean A. Irvine) / 禾達 (Bouk de Water)
2006
51169
10694
禾達 (Bouk de Water) / 布靴斯特 (David Broadhurst)
2001
44507
9302
禾達 (Bouk de Water) / 布靴斯特 (David Broadhurst) / 倫斯 (John Renze)
2005
36779
7687
禾達 (Bouk de Water) / 布靴斯特 (David Broadhurst) / 倫斯 (John Renze)
2005
35449
7409
禾達 (Bouk de Water)
2001
19469
4069
禾達 (Bouk de Water) / 布靴斯特 (David Broadhurst)
2002
19449
3020
都伯納 (Harvey Dubner) / 凱勒 (Wilfrid Keller)
1995
13963
2919
奧基斯 (Mike Oakes)
2002
12251
2561
禾達 (Bouk de Water) / 布靴斯特 (David Broadhurst)
2001
10691
2235
都伯納 (Harvey Dubner) / 凱勒 (Wilfrid Keller)
1995

若我們考慮的是擬素數,即那些通過費馬小定理 (Fermat's Little Theorem) 逆命題測試的數,這有很大機會是素數,或可能是卡邁克爾數 (Carmichael Number)。那我們可把 n 推至 202667。但正因為 n 很大,要判斷該數的素性的確不易。

 

參考文獻及網址:

Caldwell, C. K. "The Top Twenty: Lucas Number." http://primes.utm.edu/top20/page.php?id=48.

Ribenboim, P. "The Little Book of Bigger Prime" , New York: Springer-Verlag, 1991

Weisstein, E. W. "Lucas Number." From MathWorld. http://mathworld.wolfram.com/LucasNumber.html.

 

Hosted by www.Geocities.ws

1