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斐波纳契数列在自然界中如何表达?
时间:2024-12-23 19:57:06
答案

1202年,意大利数学家列奥纳多·皮萨诺(也被称为斐波那契,意为“波那契之子”)思考了这样一个问题:给定最优条件,一年里一对兔子能生出多少对兔子?这个思想实验告诉我们,母兔子总是生下一对,每一对都是一个雄性和一个雌性。

两只刚出生的兔子被放在一个有栅栏的院子里。兔子要到至少一个月大才能繁殖,所以第一个月只有一对。在第二个月底,雌性生下了两只兔子。当第三个月到来时,原来的那对兔子又生了一对新生儿,而它们的早期后代则长到成年。这样就留下了三对兔子,其中两对将在下个月生下另外两对。

顺序如下:1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144,一直到无穷。个数都是前两个数的和。这个数列被称为斐波那契数列。数字之间的比率(1.618034)经常被称为黄金比率或黄金数字。

乍一看,斐波那契的实验似乎提供了超出世界范围的投机性兔子繁殖。但是这个序列经常出现在自然世界中,这一事实几个世纪以来一直吸引着科学家。这些迷人的数字是如何在自然界中表达的呢?

自然的黄金分割

斐波纳契数列在自然界中经常出现,足以证明它们反映了一些自然发生的模式。你可以通过研究不同植物的生长方式来发现它们。

种子头、松果、水果和蔬菜:看看向日葵中间的种子阵列,你会注意到螺旋形的图案,左右弯曲。令人惊讶的是,如果你计算这些螺旋,你的总数将是一个斐波那契数。将这些螺旋线分成左右两部分,你会得到两个连续的斐波纳契数。你可以用这种方式来破译松果、菠萝和花椰菜的螺旋图案,它们也反映了斐波那契数列。

花和树枝:一些植物在它们的生长点,也就是树枝形成或分裂的地方,表达了斐波那契数列。一个主干生长到产生一个分枝,形成两个生长点。然后主干产生另一个分支,产生三个生长点。然后主干和第一个分支产生两个新的生长点,使总数达到五个。这个模式继续,遵循斐波那契数。另外,如果你计算一朵花的花瓣数,你会发现总花瓣数是斐波那契数列中的一个数字。例如,百合和鸢尾有三瓣,毛茛和野玫瑰有五瓣,飞燕草有八瓣等等。

蜜蜂:一个蜂群由一个蜂王、几只雄蜂和许多工蜂组成。雌蜂(蜂王和工蜂)都有两个父母,一个是雄蜂,一个是蜂王。另一方面,雄蜂是从未受精的卵孵化出来的。这意味着他们只有一个父母。因此,斐波纳契数列表达了一个雄蜂的家谱,因为它有一个父母,两个祖父母,三个曾祖父母等等。

人体:在镜子里好好看看自己。你会注意到你身体的大部分部位都跟在数字1、2、3和5后面。你有一个鼻子,两只眼睛,四肢分成三部分,每只手上有五个手指。人体的比例和尺寸也可以用黄金分割。DNA分子遵循这个序列,长度为34埃,宽度为21埃。

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