有关辗转相除法的一道数学题(补充版))
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  • 发布时间2024/5/12 16:53
  • 上次更新2024/5/12 19:31:18
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有关辗转相除法的一道数学题(补充版))
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jason20250630楼主2024/5/12 16:53

题目:

定义C(a,b)(a≥b)C(a,b) (a\geq b)为使用辗转相除法求解gcd(a,b)gcd(a,b)所需要的次数(从(a,b)(a,b)一直到(t,0)(t,0)的每一次均要计算,例如C(10,7)=4C(10,7)=4)

定义W(a)=⌊lg(a)⌋+1W(a)=\lfloor lg(a) \rfloor+1为正整数aa在十进制下的位数

定义N(a,b)=C(a,b)W(a)+W(b)N(a,b)=\frac{C(a,b)}{W(a)+W(b)},求N(a,b)N(a,b)的最大值

一些说明或思路:

1.1.对于1≤b≤a≤2×1051\leq b \leq a\leq 2\times 10^5,有N(a,b)N(a,b)的最大值为2.502.50,其中(a,b)=(8,5),(89,55),(610,987)(a,b)=(8,5),(89,55),(610,987)

2.N(a,b)2.N(a,b)有界,证明如下:

N(a,b)=C(a,b)W(a)+W(b)<log2a+log2blga+lgb<log2alga<log210N(a,b)=\frac{C(a,b)}{W(a)+W(b)}<\frac{log_2a+{log_2b}}{lga+lgb}<\frac{log_2a}{lga}<log_2{10}

3.3.根据参考文献 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-NJSF198203006.htm 有在本题中的C(a,b)≤⌊lgblg1+52⌋+2C(a,b)\leq \lfloor\frac{lgb}{lg{\frac{1+\sqrt{5}}{2}}}\rfloor+2,这进一步说明了该函数有界,且更加严格

4.4.可以证明以下引理,对于斐波那契数列(规定F0=F1=1F_0=F_1=1)的相邻两项Fi,Fi+1F_i,F_{i+1},有:

N(Fi+1,Fi)=C(Fi+1,Fi)W(Fi+1)+W(Fi)≥C(Fi+1,Fi+x)W(Fi+1)+W(Fi+x)=N(Fi+1,Fi+x)N(F_{i+1},F_i)=\frac{C(F_{i+1},F_i)}{W(F_{i+1})+W(F_i)}\geq\frac{C(F_{i+1},F_i+x)}{W(F_{i+1})+W(F_i+x)}=N(F_{i+1},F_i+x) (0≤x≤Fi−1)(0\leq x\leq F_{i-1})

其中W(Fi)≤W(Fi+x)W(F_i)\leq W(F_i+x),C(Fi+1,Fi)=i+1C(F_{i+1},F_i) = i+1,C(Fi+1,Fi+x)=C(Fi+x,Fi−1−x)+1≤C(Fi−1−x,Fi−2+2x)+2≤...≤i<C(Fi+1,Fi)C(F_{i+1},F_i+x)=C(F_i+x,F_{i-1}-x)+1\leq C(F_{i-1}-x,F_{i-2}+2x)+2\leq ... \leq i <C(F_{i+1},F_i)

即证

2024/5/12 16:53
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