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斐波拉契数列的来源及关系
斐波拉契(Fibonacci)数列来源于兔子问题,它有一个递推关系,
f(0)=1
f(1)=1
f(n)=f(n-1)+f(n-2),其中n>=2
{f(n)}即为斐波拉契数列。
这个数列中的每个数字都是前两项数之和,如果是以1,1开头的自然数数列,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89……这些数字被称为斐波那契数。同时,这个数列中还暗含着黄金比例,如果用数列中的每一个数字去除它后面的数字,数字越大,结果就越趋近于1.618,也就是我们平常所说的黄金比例。
兔子序列(斐波那契数列)
我们假设兔子在出生两个月后,就有繁殖能力,一对兔子每个月能生出一对小兔子来。第一个月我们有一对小兔子,如果所有兔子都不死,那么每个月的兔子对数,就符合斐波那契数列。
每月兔子的总数可以用以下数列表示:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233…。意大利数论家奥纳多·斐波那契(Leonardo Fibonacci)在他13世纪初的著作Liber Abaci中最早提出的。如果取数列前两个元素为1,那么递推关系就是:
Fn≡ Fn−2+Fn−1
根据斐波那契数列,可以画出斐波那契螺旋线,也称为黄金螺旋线。
斐波那契螺旋与黄金矩型
在植物中隐藏着神秘的斐波那契数列
植物中首先被提及与斐波那契数列有关的是花瓣数。不可否认,确实有一些花的花瓣数目暗合这个数列中的数字。比如梅花、山桃花、苹果花、山茶花都是5个花瓣;而鸢尾和鸭跖草是典型的有3个花瓣的花(虽然鸢尾的萼片看起来很像花瓣,经常被看成6枚花瓣的花)。
3个花瓣的代表:鸭跖草(上),鸢尾(下),5个花瓣的代表:报春花(中)杏花(右)
在上面斐波那契螺旋与黄金矩型图形中,中间的两个小正方形边长都为1,从这两个正方形出发,沿着顺时针方向画出一些四分之一扇形,这些扇形的半径长度就符合斐波那契数列。
把这些螺旋线组合起来,可以构成这样的图形。
许多植物构造与斐波那契螺旋线完美结合
数一数从向日葵中心向外延伸的螺旋线,你会发现,它们也与数列有密切联系。在有300个小花的向日葵花盘上,可以找到34条左旋的曲线和21条右旋的曲线。更大的花盘能找出更多条螺旋线,但是螺旋线的数目总是斐波那契数。类似的,人们还发现菠萝和松果的花和种子也是类似的排列,上面的螺旋线有的是8条,有的是13条。34、21、8、13,这些都是斐波那契数。
最典型的例子就是以斐波那契螺旋方式排列的花序或树叶。蓟、菊花、向日葵、松果、菠萝……都是按这种方式生长的。如此的原因很简单:这样的布局能使植物的生长疏密得当、最充分地利用阳光和空气,所以很多植物都在亿万年的进化过程中演变成了如今的模样,每层树枝的数目也往往构成斐波那契数列。是不是太奇妙了啊!
下面:洋甘菊、紫色金光菊、白菊花
下面:五角星花、绿芯雏菊、葵花籽、勺子菊花
还发现晶体的结构也往往与斐波那契数列有关。下面是几张来自晶体中的图案模型。
贝类成长方式形成的对数螺旋线
贝类的这些成长方式是以各种黄金分割比例形成的对数螺旋线,已经成为许多科学研究与艺术研究的课题。
上面是海星
许多名画及有名的建筑物也与斐波那契螺旋线有关系(篇幅太长,略),以后有时间单独另写,再与朋友们分享。
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(单张图片源于网络,最后由笔者编辑、排版而成)