Preliminares Motivação Resultados Problemas Relacionados Equações Diofantinas Exponenciais Envolvendo Sequências Recorrentes Profa. Ana Paula Chaves Instituto de Matemática e Estatística Universidade Federal de Goiás VII Workshop de Verão em Matemática - UnB 11 de fevereiro de 2015
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DefiniçãoUma sequência (xn)n é dita uma sequência recorrente deordem k quando seus k primeiros termos estão definidos e apartir do (k + 1)-ésimo termo, estes são determinados comouma função dos k termos anteriores:
Um fato bastante conhecido sobre a sequência de Fibonacci éa sua forma fechada, denotada por Fórmula de Binet. Emoutras palavras, podemos calcular os termos de (Fn)n semrecorrermos aos seus dois termos anteriores:
Existem várias generalizações para a sequência de Fibonacci,desde recorrências lineares inteiras (como as sequências deLucas) até extensões da sequência para números reais, como
O polinômio característico da recorrência (2) é dado por
ψk (x) = xk − xk−1 − · · · − x − 1 .
O polinômio ψk (x) possui uma única raíz α1 = α fora do círculounitário, ou seja |α| > 1, e as demais raízes α2, α3, . . . , αk ,possuem módulo estritamente menor do que 1. Denotamos α,como a raíz dominante da recorrência.
Teorema (Chaves-Marques-Togbé, 2012)Seja (Gm)m uma sequência recorrente linear inteira, não nula,tal que seu polinômio característico possui uma única raízsimples, positiva, fora do círculo unitário. Sejam s, k ,b e Minteiros positivos e ε1, . . . , εk−1 ∈ Z tais que εj ∈ {0,1}, para1 ≤ j ≤ k − 1. Então existe uma constante C, efetivamentecomputável, tal que se
Gsn + ε1Gs
n+1 + · · ·+ εk−1Gsn+k−1 + Gs
n+k ∈ (bGm)m , (7)
para infinitos n ∈ N, temos s < C. A constante C dependeapenas de k ,b e dos parâmetros da sequência.
Aplicando o método usado na demonstração do Teoremaanterior, também conseguimos o seguinte resultado:
Teorema (Chaves-Marques-Togbé, 2012)Sejam `, s1, . . . , s`,a1, . . . ,a` inteiros com ` > 1 e sj ≥ 1.Suponha que existe 1 ≤ t ≤ ` tal que at 6= 0 e st > sj , paratodo j 6= t . Se st é par ou at não é uma potência positiva de 5,então a soma
a1F s1n+1 + a2F s2
n+2 + · · ·+ a`Fs`n+`
não pertence à sequência de Fibonacci para infinitos n ∈ N.
Idéia da demonstração: O método para mostrar esseteorema segue os seguintes passos:
1. Usamos o resultado de Matveev sobre formas lineares emlogaritmo para obter um limitante superior para s emfunção de m:Reescrevemos a identidade (9) e manipulamosalgebricamente para obter∣∣∣gαn−1/(F (k)
m+1)s − 1
∣∣∣ < 21.65s , (10)
e aplicando Matveev conseguimos s < C ×m5(log m)4.
Idéia da demonstração: O método para mostrar esseteorema segue os seguintes passos:
1. Usamos o resultado de Matveev sobre formas lineares emlogaritmo para obter um limitante superior para s emfunção de m:Reescrevemos a identidade (9) e manipulamosalgebricamente para obter∣∣∣gαn−1/(F (k)
m+1)s − 1
∣∣∣ < 21.65s , (10)
e aplicando Matveev conseguimos s < C ×m5(log m)4.
2. Em seguida, tratamos o caso em que m é pequeno(m ≤ 1394) usando o resultado de Dujella e Pethö:Como m ≤ 1394, temos s < 6.75× 1033,n < 9.41× 1036 ek ≤ 77. Porém, estes limitantes ainda são grandes. Entãousamos (10) e esses valores para obter,
0 < n
(logα
log F (k)m+1
)− s−
(log(α/g)
log F (k)m+1
)< 2.01× (1.65)−
n1394 ,
o que combinado com o método de redução deDujella-Pethö nos dá n ≤ 1515053, s ≤ 757526 e k ≤ 13,e uma verificação computacional conclui que não existemsoluções neste caso.
2. Em seguida, tratamos o caso em que m é pequeno(m ≤ 1394) usando o resultado de Dujella e Pethö:Como m ≤ 1394, temos s < 6.75× 1033,n < 9.41× 1036 ek ≤ 77. Porém, estes limitantes ainda são grandes. Entãousamos (10) e esses valores para obter,
0 < n
(logα
log F (k)m+1
)− s−
(log(α/g)
log F (k)m+1
)< 2.01× (1.65)−
n1394 ,
o que combinado com o método de redução deDujella-Pethö nos dá n ≤ 1515053, s ≤ 757526 e k ≤ 13,e uma verificação computacional conclui que não existemsoluções neste caso.
3. Para tratar o caso m ≥ 1395 usamos novamente Matveevpara obter um limitante superior para s, agora em funçãode k , para obter um limitante superior absoluto para s:Aqui temos,
3. Para tratar o caso m ≥ 1395 usamos novamente Matveevpara obter um limitante superior para s, agora em funçãode k , para obter um limitante superior absoluto para s:Aqui temos,
4. Para finalizar a demonstração, usamos teoremas sobrefrações contínuas para reduzir o limitante para s, e então,com uma verificação computacional, concluimos a prova:A desigualdade chave neste passo é∣∣∣∣ log(g−1)
logα− ms + 1− n
s − 1
∣∣∣∣ < 14.2× 1067(s − 1)2 . (11)
implicando que o racional (ms + 1− n)/(s − 1) é umconvergente de log(g−1)/ logα. Junto com outro resultadosobre frações contínuas, conseguimos reduzir o limitantede s para 291. Aqui, usamos outra desigualdades parafinalizar as contas com o Mathematica.
4. Para finalizar a demonstração, usamos teoremas sobrefrações contínuas para reduzir o limitante para s, e então,com uma verificação computacional, concluimos a prova:A desigualdade chave neste passo é∣∣∣∣ log(g−1)
logα− ms + 1− n
s − 1
∣∣∣∣ < 14.2× 1067(s − 1)2 . (11)
implicando que o racional (ms + 1− n)/(s − 1) é umconvergente de log(g−1)/ logα. Junto com outro resultadosobre frações contínuas, conseguimos reduzir o limitantede s para 291. Aqui, usamos outra desigualdades parafinalizar as contas com o Mathematica.
1. O que podemos dizer sobre somas de potências de umasequência recorrente pertencendo à outra sequênciarecorrente, ou seja, trocando Gtn por Htn em (7)?
2. Existe solução para a equação Diofantina (6) casok ≥ min{m, log s}?
1. O que podemos dizer sobre somas de potências de umasequência recorrente pertencendo à outra sequênciarecorrente, ou seja, trocando Gtn por Htn em (7)?
2. Existe solução para a equação Diofantina (6) casok ≥ min{m, log s}?
1. O que podemos dizer sobre somas de potências de umasequência recorrente pertencendo à outra sequênciarecorrente, ou seja, trocando Gtn por Htn em (7)?
2. Existe solução para a equação Diofantina (6) casok ≥ min{m, log s}?
3. Estudar a equação Diofantina
(F (k1)n1
)s + (F (k2)n2
)s = F (k3)n3
.
Bibliografia
Bibliografia I
A. P. Chaves, D. Marques, A. TogbéOn the sum of powers of terms of a linear recurrencesequence.Bull. Braz. Math. Soc., v. 43, p. 397–406, 2012.
A. P. Chaves, D. MarquesThe Diophantine equation (F (k)
n )2 + (F (k)n+1)
2 = F (k)m
Fib. Quart. , v. 52, p. 70–74, 2014.
A. P. Chaves, D. MarquesA Diophantine equation related to the sum of powers of twoconsecutive generalized Fibonacci numbersPreprint, 2015.
Bibliografia
Bibliografia II
F. Luca, R. Oyono.An exponential Diophantine equation related to powers oftwo consecutive Fibonacci numbers.Proc. Japan Acad. Ser, 87: 45–50, 2011.
G. P. Dresden,A simplified Binet formula for k -generalized Fibonaccinumbers.arXiv:0905.0304v2 (2011). Acessado 11 Fevereiro 2015.
Bibliografia
“If numbers aren’t beautiful, I don’t know what is.” (P. Erdös)