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你知道生活中隐藏的数学吗?老刘讲神奇的斐波那契数列

 昵称32901809 2019-01-03

你知道生活中隐藏的数学吗?老刘讲神奇的斐波那契数列

《达芬奇密码》以这样的悬念开场:午夜,卢浮宫博物馆年迈的馆长被人杀害在大陈列馆的镶木地板上.在人生的最后时刻,馆长脱光了衣服,用自己的身体摆成了达.芬奇名画维特鲁维人的样子,还在尸体旁边留下了一个令人难以捉摸的密码:13-3-2-21-1-1-8-5,这些看似无序的数字,密码专家索菲-奈芙一看就明白,实际它可以按照递增排序为:1-1-2-3-5-8-13-21,这正是斐波那契数列,是数学史上的一个著名数列。

小说借斐波那契数列制造重重悬念,使读者欲罢不能。然而它们到底是怎样的一串数字呢?今天就让我们一起来认识一下吧!

斐波那契

在中世纪的欧洲,由于宗教原因,科学和数学的发展非常缓慢。欧洲人还习惯于使用罗马数字计数。罗马数字一共有7个数字,分别是:Ⅰ(1)、Ⅴ(5)、Ⅹ(10)、(50)、(100)、(500)和(1000)。它的计数规则也比较复杂,还有许多复杂的规矩,使用起来非常不方便。

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十二世纪时,欧洲发现此时的阿拉伯正在使用1234567890这样的符号表示数字,十分方便。由于这种数字是从阿拉伯国家学习到的,所以称为阿拉伯数字。阿拉伯数字书写起来既节省时间,又节省空间,计算起来也非常方便,深受欧洲人欢迎,使用非常广泛,传播到全世界。

斐波那契是一名意大利数学家,年少时随着父亲在北非做生意,学习了阿拉伯数字,并在1202年写成了著作《计算之术》,这本书对欧洲的数学界有很大的影响。

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兔子数列


他在书中提出了一个有趣的问题:

有一个人养了一对刚出生的小兔子,一般而言,一对兔子第一个月出生,第二个月长大,第三个月就能生一对小兔子,以后每个月都能生出一对小兔子。假如一年内兔子没有死亡,问:一对小兔子一年内能繁殖多少对小兔子?

我们把每个月的兔子对数写下来,观察这个数列,依次类推可以得出下表:

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我们把每个月的兔子对数写下来,观察这个数列:

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依次类推可以得出下表:

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总结兔子的繁殖规律,可以发现:

第n个月的兔子总数=第(n-1)个月的兔子总数+第(n-2)个月的兔子总数

用数列的递推关系表示就是:

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这就是斐波那契公式,按此公式得出的就是斐波那契数列:

1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233....依次类推下去,你会发现,它后一个数等于前面两个数的和。

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神奇的数列


有趣的是,斐波那契数列完全是自然数的数列,通项公式却是用无理数来表达的。

而且当n趋向于无穷大时,前一项与后一项的比值越来越逼近黄金分割0.618(或者说后一项与前一项的比值小数部分越来越逼近0.618)。

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越到后面,这些比值越接近黄金比.

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。以斐波那契数为边的正方形拼成的长方形,然后在正方形里面画一个90度的扇形,连起来的弧线就是斐波那契螺旋线。

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其实,自然界、生活中存在着许多符合斐波那契螺旋线的图案,无论是人为,还是自然中出现的这种美,都和斐波那契数列有关。

在自然界中,很多生物的形态都精准的契合了这种斐波那契螺旋线,松果、凤梨、树叶的排列、花瓣的排列等;

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在动物界鹦鹉螺螺壳剖面的曲线、蝴蝶的起飞路线和飞蛾的飞行路线等;

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在摄影中,人们也大量的运用斐波那契螺旋线进行画面的布局,将摄影师所期望的视觉中心放置在斐波那契螺旋线的重心;

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在建筑领域,人们也大量利用黄金分割比来塑造美感。比如帕特农神庙的立面便精准的遵循了黄金分割比,使人们所看到的画面唤起熟识感;

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同样在达芬奇的画作蒙娜丽莎像中,也有大量的黄金分割比例被运用其中,让整个画面格局呈现一种数学美;


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很多产品设计时也运用了黄金分割比例,苹果公司在设计iCloud应用图标上,将基本要素圆的直径之比设置为最接近黄金分割的1.6:1,将人的视觉知觉最大化的与美觉建立联系。

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斐波那契数列是一种源自自然的平衡关系,在潜移默化中影响了人们对美的判断,也使人们具有了判断美丑的能力。更多的时候,并不是人们在利用斐波那契数列创造美,而是人们在追求美的时候,恰好因为本能发现了斐波那契数列。

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