《《大自然中的数学》数学课前三分钟》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《大自然中的数学》数学课前三分钟（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数学和自然你你有有没没有有观观察察过过一一片片叶叶子子，对对它它为为什什么么能能够够精精确确地地分分成成两两半半而而感感到到奇奇怪怪？你你有有没没有有注注意意到到各各种种花花的的花花瓣瓣生生成成的的完完美美造造型型？你你有有没没有有注注意意到到某某些些贝贝壳壳和和松松果果的的螺螺旋旋形形生生长长模模式式？面面对对奇奇迹迹纷纷呈呈的的自自然然界界，我我们们中中的的大大多多数数人人往往往往认认为为数数学学只只是是人人类类的的专专利利，其其实实自自然然界界中中也也存存在在许许多多名名不不见见经经传传的的“数数学学家家”。猫和蜘蛛是猫和蜘蛛是“几何专家几何专家”。在寒冷的。在寒冷的冬天，猫睡觉时要把身
2、体抱成一个球冬天，猫睡觉时要把身体抱成一个球形。这样，身体露在冷空气中的表面形。这样，身体露在冷空气中的表面积最小，因而散失的热量也最少。蜘积最小，因而散失的热量也最少。蜘蛛结的蛛结的“八卦八卦”网，既复杂又非常美网，既复杂又非常美丽。这种八角形的几何图案，即使木丽。这种八角形的几何图案，即使木工师傅用直尺和圆规也难画得那样匀工师傅用直尺和圆规也难画得那样匀称。称。 珊瑚虫是珊瑚虫是“代数天才代数天才”。它在自己身上记下它在自己身上记下“日历日历”，每年在体壁上，每年在体壁上“刻画刻画”出出365条环纹，一天条环纹，一天“画画”一条。古生物学家发一条。古生物学家发现，三亿五千年前的珊瑚现，三亿
3、五千年前的珊瑚虫每年虫每年“画画”出出400幅水幅水彩画。天文学家告诉我们，彩画。天文学家告诉我们，当时一昼夜只有当时一昼夜只有21.9小小时，一年不是时，一年不是365天，而天，而是是400天。天。螺线的特性要通过与圆的比较才能有深刻的感受绕圆一周的距离螺线的特性要通过与圆的比较才能有深刻的感受绕圆一周的距离(即周长即周长)是有限的圆还是一条封闭的曲线，圆上的所有点都跟是有限的圆还是一条封闭的曲线，圆上的所有点都跟圆心等距离而另一方面，螺线却有一个始点，而且围着它不断圆心等距离而另一方面，螺线却有一个始点，而且围着它不断地绕下去，其长度是无限的它是一条开放性的曲线，始点与终地绕下去，其长度是
4、无限的它是一条开放性的曲线，始点与终点不连接在一起螺线上的点也不像圆那样与它的极点点不连接在一起螺线上的点也不像圆那样与它的极点(始点始点)等等距离距离螺线有二维和三维之分下图是一个平面二维螺线的优秀例子它螺线有二维和三维之分下图是一个平面二维螺线的优秀例子它不是由分离的同心圆形成的，而是由单纯的沟漕构成的当螺线不是由分离的同心圆形成的，而是由单纯的沟漕构成的当螺线围着像圆柱或圆锥那样的物体缠绕时便形成了空间的三维螺线，围着像圆柱或圆锥那样的物体缠绕时便形成了空间的三维螺线，就像就像DNA分子、螺丝钉或螺丝锥那样三维螺线我们又称螺旋分子、螺丝钉或螺丝锥那样三维螺线我们又称螺旋螺线是一种令人兴奋
5、的曲线，无论是从数学上加以研究，还是在自螺线是一种令人兴奋的曲线，无论是从数学上加以研究，还是在自然现象的生成中和其他领域中发现它的踪影及其联系这些领域然现象的生成中和其他领域中发现它的踪影及其联系这些领域包括：有蔓植物、贝壳、旋风、飓风、骨的构造、旋涡、银河系、包括：有蔓植物、贝壳、旋风、飓风、骨的构造、旋涡、银河系、蜘蛛网、建筑和艺术图案等蜘蛛网、建筑和艺术图案等 蚂蚁是蚂蚁是“计算专家计算专家”。英国科学家。英国科学家兴斯顿作过一个有趣的实验，他把兴斯顿作过一个有趣的实验，他把一只死蚱蜢切成三块，第二块比第一只死蚱蜢切成三块，第二块比第一块大一倍，第三块比第二块大一一块大一倍，第三块比第
6、二块大一倍，当蚂蚁发现这食物倍，当蚂蚁发现这食物40分钟后，分钟后，聚集在最小的一块蚱蜢旁的蚂蚁有聚集在最小的一块蚱蜢旁的蚂蚁有28只，第二块只，第二块44只，第三块只，第三块89只，只，后一组较前一组差不多多一倍。蚂后一组较前一组差不多多一倍。蚂蚁的计算本领如此精确，令人惊奇！蚁的计算本领如此精确，令人惊奇！不仅如此，蚂蚁们在寻找食物时，不仅如此，蚂蚁们在寻找食物时，总是能够找到通往食物的最短路线总是能够找到通往食物的最短路线。 丹顶鹤总是成群结队迁飞，而且排成丹顶鹤总是成群结队迁飞，而且排成“人人”字形，角度也永远是字形，角度也永远是110度，更精确的计度，更精确的计算还表明算还表明“人人
7、”字夹角的一半，即每边与字夹角的一半，即每边与鹤群前进的夹角度数鹤群前进的夹角度数54度度44分分8秒；而金刚秒；而金刚石结晶体的角度也正好是石结晶体的角度也正好是54度度44分分8秒！是秒！是巧合还是大自然的某种巧合还是大自然的某种“默契默契”，这个问，这个问题留给同学们以后去研究。题留给同学们以后去研究。向日葵果盘中的种子、向日葵果盘中的种子、仙人掌的刺，以及松果仙人掌的刺，以及松果的外表面，全都是按照的外表面，全都是按照旋转螺旋样式生长的。旋转螺旋样式生长的。除了它们复杂的美丽之除了它们复杂的美丽之外，这些植物在生长中外，这些植物在生长中所展示出来的数学模式，所展示出来的数学模式，也是科
8、学家们一直不断也是科学家们一直不断尝试弄清楚的秘密。尝试弄清楚的秘密。有很多植物都具备这种有很多植物都具备这种螺旋样式，在叶子里、螺旋样式，在叶子里、种子里或者其他结构中，种子里或者其他结构中，都遵循称为黄金角度的都遵循称为黄金角度的方向进行下一步的生长。方向进行下一步的生长。这里我们说的黄金角度这里我们说的黄金角度大约是大约是137.5。鹰类从空中俯冲下来猎取地上的小动物时，常鹰类从空中俯冲下来猎取地上的小动物时，常常采取一个最好的角度出其不意地扑向猎物。常采取一个最好的角度出其不意地扑向猎物。壁虎在捕食蚊、蝇、蛾等小昆虫时，总沿壁虎在捕食蚊、蝇、蛾等小昆虫时，总沿着一条螺旋形曲线爬行，这条
9、曲线，数学着一条螺旋形曲线爬行，这条曲线，数学上称为上称为“螺旋线螺旋线”。切叶蜂用大腭剪下的每片圆形叶片，像模切叶蜂用大腭剪下的每片圆形叶片，像模子冲出来似的，大小完全一样子冲出来似的，大小完全一样鼹鼠鼹鼠“瞎子瞎子”在地下挖掘隧道时，总是沿在地下挖掘隧道时，总是沿着着90转弯。转弯。蛇在爬行时，走的是一个正弦函数图形。蛇在爬行时，走的是一个正弦函数图形。它的脊椎像火车一样，是一节一节连接起它的脊椎像火车一样，是一节一节连接起来的，节与节之间有较大的活动余地。如来的，节与节之间有较大的活动余地。如果把每一节的平面坐标固定下来，并以开果把每一节的平面坐标固定下来，并以开始点为坐标原点，就会发现
10、蛇是按着始点为坐标原点，就会发现蛇是按着30度、度、60度和度和90度的正弦函数曲线有规律地运动度的正弦函数曲线有规律地运动的。的。小结： 数学与大自然级密不可分的，数学与大自然级密不可分的，也是与我们的生活紧密联系在一也是与我们的生活紧密联系在一起的。我们从自然中受到启发，起的。我们从自然中受到启发，用于数学；又将从数学中学到的用于数学；又将从数学中学到的知识，贯穿于生活。知识，贯穿于生活。数学是一个综合性非常强的数学是一个综合性非常强的学科，在方方面面都对人类产生学科，在方方面面都对人类产生重要的并且实际的影响。这从而重要的并且实际的影响。这从而更加激励我们学好数学，用数学更加激励我们学好数学，用数学来充实自己，解决实际问题。来充实自己，解决实际问题。谢谢谢谢大大家家！
