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Nombres · 4 affiches · formule n° 7

La suite de Fibonacci

Dans la suite de Fibonacci, chaque terme est la somme des deux précédents : 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13… Le quotient de deux termes consécutifs se rapproche du nombre d’or, environ 1,618.

Voir les 4 affiches 4 contrôles par le calcul

Chaque terme est la somme des deux précédents : 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21… Dessin : des carrés de côtés 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 et 21, et des quarts de cercle.

Quatre styles

Les affiches

La même formule, le même dessin calculé, en Papier, Nuit, Bauhaus ou Tableau noir. En affiche, toile, plexiglas ou aluminium.

Ce que dit la formule

La suite de Fibonacci est la suite de nombres entiers (Fn)(F_n) définie par ses deux premiers termes, F0=0F_0 = 0 et F1=1F_1 = 1, puis par une règle valable pour tout entier n≥0n \geq 0 :

Fn+2=Fn+1+FnF_{n+2} = F_{n+1} + F_n
  • nn est le rang du terme : un entier naturel 0, 1, 2, 3…
  • FnF_n est le terme de rang nn ; Fn+1F_{n+1} et Fn+2F_{n+2} sont les deux termes qui le suivent.
  • F0=0F_0 = 0 et F1=1F_1 = 1 sont les conditions de départ. Elles sont indispensables : avec la même règle mais d’autres valeurs de départ, on obtient une autre suite (en partant de 2 et 1, on obtient 2, 1, 3, 4, 7, 11…, la suite de Lucas).

Les premiers termes sont donc 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610… (suite A000045 de l’OEIS (nouvel onglet)). Certains ouvrages commencent la suite à F1=F2=1F_1 = F_2 = 1, sans le terme nul : les numéros des termes restent les mêmes. La suite grandit vite : passé les premiers rangs, chaque terme vaut à peu près 1,6181{,}618 fois le précédent, si bien que F30F_{30} vaut déjà 832040832\,040.

L’affiche porte aussi un second résultat : le quotient de deux termes consécutifs tend vers le nombre d’or,

limn→∞Fn+1Fn=φ,φ=1+52≈1,618033988…\lim_{n\to\infty}\frac{F_{n+1}}{F_n} = \varphi, \qquad \varphi = \frac{1+\sqrt{5}}{2} \approx 1{,}618\,033\,988\ldots

Un exemple

Calculons les termes un par un, en appliquant seulement la règle :

  • F2=F1+F0=1+0=1F_2 = F_1 + F_0 = 1 + 0 = 1
  • F3=F2+F1=1+1=2F_3 = F_2 + F_1 = 1 + 1 = 2
  • F4=2+1=3F_4 = 2 + 1 = 3, puis F5=3+2=5F_5 = 3 + 2 = 5, F6=5+3=8F_6 = 5 + 3 = 8, F7=13F_7 = 13, F8=21F_8 = 21, F9=34F_9 = 34, F10=55F_{10} = 55, F11=89F_{11} = 89, F12=144F_{12} = 144.

Regardons maintenant les quotients de deux termes consécutifs :

  • 13/8=1,62513/8 = 1{,}625
  • 21/13≈1,615321/13 \approx 1{,}6153
  • 34/21≈1,619034/21 \approx 1{,}6190
  • 55/34≈1,617655/34 \approx 1{,}6176
  • 89/55≈1,618189/55 \approx 1{,}6181
  • 144/89≈1,6179144/89 \approx 1{,}6179

Les quotients passent alternativement au-dessus et au-dessous de φ≈1,6180\varphi \approx 1{,}6180, en s’en rapprochant à chaque pas. Autre propriété facile à vérifier sur cet exemple : la somme F0+F1+⋯+F10F_0 + F_1 + \cdots + F_{10} vaut 143143, c’est-à-dire F12−1F_{12} - 1. C’est un cas particulier de l’égalité F0+F1+⋯+Fn=Fn+2−1F_0 + F_1 + \cdots + F_n = F_{n+2} - 1, vraie pour tout nn. De même, F9×F11−F102=34×89−552=3026−3025=1F_9 \times F_{11} - F_{10}^2 = 34 \times 89 - 55^2 = 3\,026 - 3\,025 = 1 : c’est l’identité de Cassini, Fn−1Fn+1−Fn2=(−1)nF_{n-1}F_{n+1} - F_n^2 = (-1)^n pour tout n≥1n \geq 1, qui explique pourquoi deux termes consécutifs n’ont jamais de diviseur commun autre que 11.

Pourquoi c’est vrai

La règle Fn+2=Fn+1+FnF_{n+2} = F_{n+1} + F_n est une définition : il n’y a rien à démontrer. Ce qui se démontre, c’est le lien avec le nombre d’or.

Le nombre d’or φ=1+52\varphi = \frac{1+\sqrt{5}}{2} et le nombre ψ=1−52≈−0,618\psi = \frac{1-\sqrt{5}}{2} \approx -0{,}618 sont les deux solutions de l’équation x2=x+1x^2 = x + 1. En multipliant cette égalité par xnx^n, on obtient xn+2=xn+1+xnx^{n+2} = x^{n+1} + x^n : les suites (φn)(\varphi^n) et (ψn)(\psi^n) obéissent donc à la même règle que la suite de Fibonacci, et toute combinaison aφn+bψna\varphi^n + b\psi^n aussi.

On choisit aa et bb pour retrouver les deux premiers termes : a+b=0a + b = 0 et aφ+bψ=1a\varphi + b\psi = 1. Comme φ−ψ=5\varphi - \psi = \sqrt{5}, cela donne a=15a = \frac{1}{\sqrt{5}} et b=−15b = -\frac{1}{\sqrt{5}}. Deux suites qui suivent la même règle et ont les mêmes deux premiers termes sont égales (récurrence immédiate), d’où la formule de Binet :

Fn=φn−ψn5F_n = \frac{\varphi^n - \psi^n}{\sqrt{5}}

Pour n=10n = 10, le calcul donne bien 5555. Comme |ψ|<1|\psi| < 1, le terme ψn\psi^n devient minuscule quand nn grandit. On en déduit

Fn+1Fn=φ⋅1−(ψ/φ)n+11−(ψ/φ)n→n→∞φ,\frac{F_{n+1}}{F_n} = \varphi \cdot \frac{1 - (\psi/\varphi)^{n+1}}{1 - (\psi/\varphi)^{n}} \xrightarrow[n\to\infty]{} \varphi,

puisque |ψ/φ|<1|\psi/\varphi| < 1. Au passage, comme |ψn/5|<12|\psi^n/\sqrt{5}| < \frac{1}{2} pour tout n≥0n \geq 0, FnF_n est toujours l’entier le plus proche de φn/5\varphi^n/\sqrt{5}.

Un peu d’histoire

La suite porte le nom de Léonard de Pise, dit Fibonacci, mais elle était connue en Inde bien avant lui. Les savants indiens qui étudiaient la métrique sanskrite comptaient les façons de remplir un vers d’une durée donnée avec des syllabes brèves (un temps) et longues (deux temps) : pour une durée de nn temps, on trouve Fn+1F_{n+1} façons. On en lit souvent une trace chez Pingala (entre le Ve et le IIe siècle avant notre ère, selon les datations), à travers une formule brève dont le sens est une interprétation des commentateurs. La règle est exposée plus clairement par Virahanka (vers le VIIe ou VIIIe siècle), dont l’œuvre est connue par une citation de Gopala (vers 1135), puis par Hemachandra (vers 1150).

En Europe, Fibonacci présente la suite en 1202 dans son Liber abaci, avec un problème de lapins volontairement idéalisé : chaque couple donne naissance à un nouveau couple chaque mois à partir de son deuxième mois, et aucun ne meurt. Le nombre de couples, mois après mois, suit la suite 1, 1, 2, 3, 5, 8…

En 1611, Kepler remarque dans un petit traité sur les flocons de neige que 5 est à 8 à peu près comme 8 est à 13. La formule Fn=(φn−ψn)/5F_n = (\varphi^n - \psi^n)/\sqrt{5} porte le nom de Jacques Binet, qui la publie en 1843, mais elle était déjà connue au XVIIIe siècle, notamment d’Abraham de Moivre et de Daniel Bernoulli. Le nom de « suite de Fibonacci » a été popularisé au XIXe siècle par le mathématicien français Édouard Lucas.

Et la nature ? Dans de nombreuses plantes (écailles des pommes de pin, ananas, disposition des feuilles), on compte des spirales dont les nombres sont souvent deux termes consécutifs de la suite. C’est une tendance bien documentée, pas une loi universelle : beaucoup d’exemples qui circulent ne résistent pas à la mesure.

Ce que montre l’affiche

Le dessin assemble des carrés de côtés 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 et 21 : chaque nouveau carré se pose contre le grand côté du rectangle formé par les précédents, en tournant. On obtient un rectangle de 21 sur 34, deux termes consécutifs de la suite ; la somme des aires des carrés, 1+1+4+9+25+64+169+441=7141 + 1 + 4 + 9 + 25 + 64 + 169 + 441 = 714, est exactement 21×3421 \times 34. Dans chaque carré, un quart de cercle relie deux coins opposés : mis bout à bout, ces arcs forment la spirale de Fibonacci, proche (sans lui être égale) d’une spirale logarithmique. L’affiche existe en quatre styles : Papier, Nuit, Bauhaus et Tableau noir.

Pour aller plus loin

Vérifiée par le calcul

Les contrôles de cette formule

Avant d'imprimer l'affiche, un programme met la formule à l'épreuve. Voici ce qu'il a calculé (dernier passage le 11 octobre 2026) ; si un seul de ces contrôles échouait, l'affiche ne serait pas produite. Notre méthode

  • premiers termes : 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377 (OEIS A000045)
  • F(100) = 354224848179261915075 (OEIS)
  • F(41)/F(40) ≈ φobtenu 1.618033988749895, attendu 1.618033988749895, écart 0.00e+0 (tolérance 1e-15)
  • formule de Binet : F(30) = (φ³⁰ − (−1/φ)³⁰)/√5obtenu 832040.0000000008, attendu 832040, écart 9.79e-16 (tolérance 1e-12)

Sources

Questions fréquentes

Quels sont les 20 premiers termes de la suite de Fibonacci ?

De F0F_0 à F19F_{19} : 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1 597, 2 584 et 4 181. Chaque terme est la somme des deux précédents.

La suite de Fibonacci commence-t-elle par 0 ou par 1 ?

Les deux conventions existent. La plus courante aujourd’hui pose F0=0F_0 = 0 et F1=1F_1 = 1 ; d’autres ouvrages commencent à F1=F2=1F_1 = F_2 = 1, ce qui donne la même suite sans le terme nul.

Quel est le lien entre la suite de Fibonacci et le nombre d’or ?

Le quotient Fn+1/FnF_{n+1}/F_n de deux termes consécutifs tend vers le nombre d’or φ=(1+5)/2≈1,618\varphi = (1+\sqrt{5})/2 \approx 1{,}618. Cela se démontre avec la formule de Binet, car φ\varphi est solution de x2=x+1x^2 = x + 1, l’équation qui traduit la règle de la suite.

Comment calculer directement le 100e terme de la suite de Fibonacci ?

La formule de Binet donne FnF_n comme l’entier le plus proche de φn/5\varphi^n/\sqrt{5}. Le terme de rang 100 vaut 354 224 848 179 261 915 075 (OEIS A000045) ; pour un calcul exact, on additionne plutôt les termes un à un avec des entiers.

La suite de Fibonacci est-elle partout dans la nature ?

On la retrouve souvent dans la disposition des feuilles, des écailles de pommes de pin ou des fruits de l’ananas, mais pas dans toutes les espèces. Beaucoup d’affirmations populaires sur sa présence dans la nature ou dans le corps humain ne sont pas vérifiées.