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意大利中世纪数学家斐波那契以兔子繁殖为例子引入一个数列,称为“兔子数列”。
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。如果所有兔子都不死,那么一年以后可以繁殖多少对兔子?
我们拿新出生的一对小兔子分析一下:
第一个月小兔子没有繁殖能力,所以还是一对。两个月后,生下一对小兔对数共有两对。三个月以后,老兔子又生下一对,因为小兔子还没有繁殖能力,所以一共是三对。
依次类推可以列出下表:
可以看出总体对数构成了一个数列:1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144,……
这个数列从第3项开始,每一项都等于前两项之和。其通项公式可以表达为:
这个数列就是斐波那契数列,也叫黄金分割数列。之所以称为黄金分割数列,是因为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的数值0.6180339887……
1÷1=1,1÷2=0.5,2÷3=0.666,3÷5=0.6,5÷8=0.625,55÷89=0.617977,144÷233=0.618025……越到后面,这些比值越接近黄金比。
斐波那契数列中的斐波那契数在我们的生活中随处可见,比如植物花朵的花瓣数、蜂巢、蜻蜓翅膀、超越数e、黄金矩形、等角螺线、十二平均律等。
斐波那契数与植物花瓣
百合花和蝴蝶花5,蓝花耧斗菜、金凤花、飞燕草、毛茛花8,翠雀花13,金盏和玫瑰21。
斐波那契数与植物生长
例如树木的生长,由于新生的枝条,往往需要一段“休息”时间,供自身生长,而后才能萌发新枝。所以,一株树苗在一段间隔,例如一年,以后长出一条新枝;第二年新枝“休息”,老枝依旧萌发;此后,老枝与“休息”过一年的枝同时萌发,当年生的新枝则次年“休息”。这样,一株树木各个年份的枝桠数,便构成斐波那契数列。这个规律,就是生物学上著名的“鲁德维格定律”。
杨辉三角
将杨辉三角左对齐,成如图所示排列,将同一斜行的数加起来,即得一数列1、1、2、3、5、8、13……
矩形面积
斐波那契数列与矩形面积的生成相关,由此可以导出一个斐波那契数列的一个性质。
斐波那契数列前几项的平方和可以看做不同大小的正方形,由于斐波那契的递推公式,它们可以拼成一个大的矩形。这样所有小正方形的面积之和等于大矩形的面积。则可以得到如下的恒等式:
等角螺线
等角螺线,指的是臂的距离以几何级数递增的螺线。
螺的贝壳按照等角螺线方式生长,菊的种子排列成等角螺线,鹰以等角螺线的方式接近它们的猎物,昆虫以等角螺线的方式接近光源,最典型的就是飞蛾扑火,飞蛾总是按照等角螺线的方式飞入火中。
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