プロジェクトオイラー2.

この記事の所要時間：約 2分16秒

No.2 Even Fibonacci numbers

問題.

Q. 直前の2項の和を次の項として生成されるフィボナッチ数列において, 1, 2, から始めたときの最初の10項は次のようになる.

\begin{align*}
1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, \ldots
\end{align*}

この数列の4,000,000未満の項で偶数のものの総和はいくらか.

考え方とプログラム例(Python)

1. 4,000,000 未満の項すべてを調べる

ループを用いて 4,000,000 未満の項を順に生成し, 偶数であるもののみを足し上げていきます.

a = 1
b = 2
c = a + b
Sum = 2
while c <= 4000000:
	if c % 2 == 0:
		Sum += c
	a = b
	b = c
	c = a + b
print Sum

a = 1

b = 2

c = a + b

Sum = 2

while c <= 4000000:

if c % 2 == 0:

Sum += c

a = b

b = c

c = a + b

print Sum

計算時間は\(5.18\times 10^{-4}\)秒でした.

2. 偶数項のみの数列を考える

この数列を見ると,

1 (奇数), 2(偶数), 3(奇数), 5(奇数), 8(偶数), 13(奇数), …

と 2個おきに偶数項がでてきます.

もとの数列を\(\{F_n\}\) として，\(a_n=F_{3n-1}, b_n=F_{3n}\) とおきます.

\(\{a_n\}\) が偶数項のみ取り出した数列になります.

すると,

\begin{align*}
a_{n+1} &= F_{3n+2}\\
&= F_{3n+1}+F_{3n}\\
&= F_{3n-1}+2F_{3n}\\
&= a_n+2b_n
\end{align*}

また,

\begin{align*}
b_{n+1} &= F_{3n+3}\\
&= F_{3n+2} + F_{3n+1}\\
&= F_{3n+2} + F_{3n} + F_{3n-1}\\
&= a_{n+1} + b_n+a_{n-1}
\end{align*}

これを解いて \(\{a_n\}\) の漸化式を求めると,

\begin{align*}
a_{n+2} = 4a_{n+1} + a_n
\end{align*}

となるので, これをもとに\(\{a_n\}\) の項を順に求めて足していくと,

a = 2
b = 8
c = a + 4*b
Sum = a+b
while c <= 4000000:
	Sum += c
	a = b
	b = c
	c = a + 4*b
print Sum

a = 2

b = 8

c = a + 4*b

Sum = a+b