植物的数学奇趣

来源 :数学金刊·初中版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chcyu
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  人类很早就从植物中看到了数学特征:花瓣对称地排列在花托边缘,整个花朵几乎完美无缺地呈现出对称辐射的形状,叶子沿着植物茎秆相互叠起,有些植物的种子是圆的,有些是刺状,有些则是轻巧的伞状……所有这一切向我们展示了许多美丽的数学模式.
  后来,科学家又发现,植物的花瓣、萼片、果实的数目以及其他方面的特征,都非常吻合于一个奇特的数列——著名的斐波拉契数列:1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,…其中,从3开始,每一个数字都是前两项之和.
  这个数列从第三项开始,每一项都等于前两项之和,即满足关系式:an 1=an an-1 .
  该数列还有很多其他的奇妙属性.
  比如,随着数列项数的增加,前一项与后一项之比越来越逼近黄金分割0.6180339887…
  仔细观察向日葵花盘,你会发现两组螺旋线,一组顺时针方向盘绕,另一组则逆时针方向盘绕,并且彼此相嵌. 虽然不同的向日葵品种中,种子顺、逆时针方向和螺旋线的数量有所不同,但往往不会超出34和55、55和89、89和144这三组数字,这三组数字恰好都是斐波拉契数列中相邻的两个数. 前一个数字是顺时针盘绕的线数,后一个数字是逆时针盘绕的线数.
  雏菊的花盘也有类似的数学模式,只不过数字稍微小一些. 菠萝果实上的菱形鳞片,一行行排列起来,8行向左倾斜,13行向右倾斜. 挪威云杉的球果在一个方向上有3行鳞片,在另一个方向上有5行鳞片. 常见的落叶松是一种针叶树,其松果上的鳞片在两个方向上各排成5行和8行……
  如果是遗传决定了花朵的花瓣数和松果的鳞片数,那么为什么斐波拉契数列会与此如此的巧合?这是植物在大自然中长期适应和进化的结果. 因为植物所显示的数学特征是植物生长在动态过程中必然会产生的结果,它受到数学规律的严格约束. 换句话说,植物离不开斐波拉契数列,就像盐的晶体必然具有立方体的形状一样.
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