自然界中的斐波那契数列

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1、自然界中的斐波那契数列科学家发现,一些植物的花瓣、萼片、果实的数目以及排列的方式上,都有一个神奇的规律, 它们都非常符合著名的斐波那契数列。例如:蓟,它们的头部几乎呈球状。在下图中,你可 以看到两条不同方向的螺旋。我们可以数一下,顺时针旋转的(和左边那条旋转方向相同) 螺旋一共有13条,而逆时针旋转的则有21条。此外还有菊花、向日葵、松果、菠萝等都是 按这种方式生长的。蓟向日葵最典型的例子就是以斐波那契螺旋方式排列的向日葵种子。仔细观察向日葵花盘,你会 发现2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

2、往往不会 超出34和55、55和89或者89和144这三组数字,这每组数字都是斐波那契数列中相邻的 2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。菠萝松子松子菠萝的表面,与松果的排列略有不同。菠萝的每个鳞片都是三组不同方向螺旋线的一部 分。大多数的菠萝表面分别有5条、8条和13条螺线,这些螺线也称斜列线。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2个方向上各排成5行和8行,美国松的松果鳞片则在2个方向上各排成 3行和5行。植物从花到叶再到

3、种子都可以显现出对这些数字的偏好。松柏等球果类植物的种球生长 非常缓慢,在此类植物的果实上也常常可以见到螺旋形的排列。这枚松果上分别有8条向左 和5条向右的螺旋线。而这枚则有8条向左和13条向右的螺旋线。如果是遗传决定了花朵的花瓣数和松果的鳞片数,那么为什么斐波那契数列会与此如此 的巧合?这也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,植物离不开斐波那契数列,就像盐的晶体必然具有立方体的形状一样。由于该数列中的数值越靠后越大,因 此2个相邻的数字之商将越来越接近0.618034这个值。例如34/55

4、 = 0.6182,已经与之接 近,而这个比值的准确极限是“黄金数”。数学中,还有一个称为黄金角的数值是137.5,这是圆的黄金分割的张角,更精确的 值应该是137.50776。与黄金数一样,黄金角同样受到植物的青睐。1979年,英国科学家沃格尔用大小相同的许多圆点代表向日葵花盘中的种子,根据斐 波那契数列的规则,尽可能紧密地将这些圆点挤压在一起。他用计算机模拟向日葵的结果显 示,若发散角小于137.5,那么花盘上就会出现间隙,且只能看到一组螺旋线;若发散角 大于137.5,花盘上也会出现间隙,而此时又会看到另一组螺旋线;只有当发散角等于黄 金角时,花盘上才呈现彼此紧密镶合的2组螺旋线。所以,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,花盘也变得最坚固壮实,产生后代的几率也最高。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。当然受气候或病虫害的影响,真实的植物往往没有完美的斐波那契螺 旋。例如带小花的大向日葵的管状小花排列成两组交错的斐波那契螺旋,并且顺时针和逆时 针螺旋的条数恰是斐波那契数列中相邻的两项,其中顺时针的螺旋有34条,逆时针的螺旋 有55条。蒲公英和松塔也是以斐波那契螺旋排列种子或鳞片的。

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