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美丽的植物与斐波那契数列

时间:2023-02-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:研究人员分析了仙人掌的形状、叶片厚度和一系列控制仙人掌情况的各种因素,发现仙人掌的斐波那契数列结构特征能让它最大限度地减少能量消耗,以适应干旱沙漠的生长环境。向日葵的花瓣有的是21枚,有的是34枚,而大多数的雏菊都是34瓣、55瓣或89瓣,而这也符合斐波那契数列。

(1)向日葵

向日葵种子的排列方式就有一种典型的数学规律。仔细观察向日葵花盘,你就会发现两组螺旋线,一组顺时针方向盘旋,另一组则逆时针方向盘旋,并且彼此相嵌。虽然在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,但都不会超出34和55、55和89或者89和144这3组数字,事实上这几组数字就是斐波那契数列中相邻的两个数。

植物学家发现,在自然界中,这两种螺旋结构只会以某些“神奇”的组合同时出现。比如,21个顺时针,34个逆时针,或34个顺时针,55个逆时针。有趣的是,这些数字属于一个特定的数列:斐波那契数列,即1,1,2,3,5,8,13,21,34……从第3个数开始,每个数都是前面两数之和。

(2)雏菊

如果你仔细地观察一下雏菊,你会发现雏菊花盘的螺旋形排列中,也有类似的数学规律,只不过数字略小一些,向右转的有21条,向左转的有34条。雏菊花冠排列的螺旋花序中,小花互以137°30′的夹角排列,这个精巧的角度可以确保雏菊茎秆上每一枚花瓣都能接受最大量的阳光照射。

(3)仙人掌

在仙人掌的结构中也有这一数列的特征。研究人员分析了仙人掌的形状、叶片厚度和一系列控制仙人掌情况的各种因素,发现仙人掌的斐波那契数列结构特征能让它最大限度地减少能量消耗,以适应干旱沙漠的生长环境。

(4)球果和松果

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。

针叶树是一种常见的落叶松,其松果上的鳞片在两个方向上各排成5行和8行。

(5)树的分枝

如果1棵树每年都在生长,第2年有2个分枝,那么通常第3年就有3个分枝,第4年有5个,第5年有8个……每年的分枝数也都是斐波那契数。

(6)花瓣

自然界中有1个花瓣的红掌花,2个花瓣的铁海棠,3个花瓣的百合花和铁兰。而最常见的花瓣数就是5,像桃花、梅花等都有5个花瓣,还有8个花瓣的飞燕草,13个花瓣的瓜叶菊和万寿菊,21个花瓣的紫菀。向日葵的花瓣有的是21枚,有的是34枚,而大多数的雏菊都是34瓣、55瓣或89瓣,而这也符合斐波那契数列。

1992年两位法国数学家伊夫·库代和斯特凡尼·杜阿迪证明,斐波那契数列使花朵顶端的种子数最多。向日葵等植物在生长过程中,只有选择这种数学模式,花盘上种子的分布才最为有效,花盘也变得最坚实壮实,产生后代的几率也最高。这是聪明的植物在大自然中长期适应和进化的结果。

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