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第2問

全ての正の整数が黄金比 ϕ=1+52\phi=\frac{1+\sqrt5}{2} の相異なる整数べきの有限和として表せることを証明せよ。ここで整数べきとは、ii が正とは限らない整数である ϕi\phi^i をいう。
ステップ 2/5: 展開を標準化する
N=∑i=−kkaiϕi,ai∈{0,1},aiai+1=0N=\sum_{i=-k}^{k}a_i\phi^i,\qquad a_i\in\{0,1\},\quad a_i a_{i+1}=0
詳しい解説

帰納法の仮定により、N−1N-1 は係数 ai∈{0,1}a_i\in\{0,1\} の有限和 ∑aiϕi\sum a_i\phi^i を持つ。左端の連続する1を ϕi+1+ϕi=ϕi+2\phi^{i+1}+\phi^i=\phi^{i+2} で繰り返し置換する。この操作では左端の連続対がより高い指数へ移るので停止し、全ての ii で aiai+1=0a_i a_{i+1}=0 となる。