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超.超有趣到令人捨不得睡的數學

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藏在向日葵中的不可思議數列

向日葵花朵與松果的共通點

相信很多人的心都曾被向日葵美麗又可愛的花朵、朝氣蓬勃的綠葉、以及在風中搖曳的姿態給吸引住。就連在這樣的大自然之美中都隱藏著「數的祕密」。

接下來我們就來窺探一下開展在植物世界中的數的世界吧!

花朵看起來碩大的向日葵,其實是由數千個小小的管狀花所集合而成的一朵花。而就在向日葵中並列的這些小小管狀花中,有著一個關於數的驚人祕密。

仔細觀察這些小小的管狀花,會發現其排列的方法分為左旋與右旋兩種,我們把螺旋線的樣子畫出來就知道了。請看下圖。

◆ 向日葵小小管狀花的排列方法

左旋的螺旋線有55條,右旋的螺旋線則有34條。

我們再來看看除了向日葵以外的其他植物。

在松樹的果子「松果」中,也浮現出了螺旋線。

松果的鱗片與鱗片之間的排列方法中,也分為左旋與右旋,仔細看的話就會看出它們各自有8條、13條螺旋線。再仔細觀察,也會看到右旋出現5條螺旋線的樣子。

有趣的是,無論是哪一種向日葵或是松果,都會找到同樣數目的螺旋線。如果各位身邊或附近也有向日葵或松果的話,請務必確認看看。

接下來,我們來觀察一下植物的葉子的附著方法。

如果大家從植物的正上方往下看葉子,會發現葉子與葉子之間是以盡可能不重疊的方法附著著。也就是在一根莖上會像是螺旋階梯往上附著,每一枚葉子都是以上下位置重疊生長著。

而那個「每一枚葉子」,則有可能是五枚、八枚、十三枚或二十一枚……。

我們來整理一下這次所介紹的「在植物的花、果實、葉子的附著方法中所出現的數」。

5、8、13、21、34、55

乍看之下似乎是沒有規則性的隨機數字,但其實在這些數中有著某種規則。請思考一下這個規則是什麼。事實上,在這裡所出現的數都是「該數前面兩個數的總和」。

5+8=13、8+13=21、21+34=55

那麼請想想看比「5」還要小的數是哪個數。

如果「□+5=8」,我們會知道要在□中放入「3」。同樣地,如果是「□+3=5」,我們就知道「3」的前面要放入「2」。

這樣繼續列下去的話,就可以變成是某些數的序列,也就是「數列」。

1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144、233、……

這個數列是十二世紀時由義大利的數學家費波那奇(Leonardo Pisano Bigollo)所發現,因此稱為「費波那奇數列」。藏在向日葵中的不可思議數列

向日葵花朵與松果的共通點

相信很多人的心都曾被向日葵美麗又可愛的花朵、朝氣蓬勃的綠葉、以及在風中搖曳的姿態給吸引住。就連在這樣的大自然之美中都隱藏著「數的祕密」。

接下來我們就來窺探一下開展在植物世界中的數的世界吧!

花朵看起來碩大的向日葵,其實是由數千個小小的管狀花所集合而成的一朵花。而就在向日葵中並列的這些小小管狀花中,有著一個關於數的驚人祕密。

仔細觀察這些小小的管狀花,會發現其排列的方法分為左旋與右旋兩種,我們把螺旋線的樣子畫出來就知道了。請看下圖。

◆ 向日葵小小管狀花的排列方法

左旋的螺旋線有55條,右旋的螺旋線則有34條。

我們再來看看除了向日葵以外的其他植物。

在松樹的果子「松果」中,也浮現出了螺旋線。

松果的鱗片與鱗片之間的排列方法中,也分為左旋與右旋,仔細看的話就會看出它們各自有8條、13條螺旋線。再仔細觀察,也會看到右旋出現5條螺旋線的樣子。

有趣的是,無論是哪一種向日葵或是松果,都會找到同樣數目的螺旋線。如果各位身邊或附近也有向日葵或松果的話,請務必確認看看。

接下來,我們來觀察一下植物的葉子的附著方法。

如果大家從植物的正上方往下看葉子,會發現葉子與葉子之間是以盡可能不重疊的方法附著著。也就是在一根莖上會像是螺旋階梯往上附著,每一枚葉子都是以上下位置重疊生長著。

而那個「每一枚葉子」,則有可能是五枚、八枚、十三枚或二十一枚……。

我們來整理一下這次所介紹的「在植物的花、果實、葉子的附著方法中所出現的數」。

5、8、13、21、34、55

乍看之下似乎是沒有規則性的隨機數字,但其實在這些數中有著某種規則。請思考一下這個規則是什麼。事實上,在這裡所出現的數都是「該數前面兩個數的總和」。

5+8=13、8+13=21、21+34=55

那麼請想想看比「5」還要小的數是哪個數。

如果「□+5=8」,我們會知道要在□中放入「3」。同樣地,如果是「□+3=5」,我們就知道「3」的前面要放入「2」。

這樣繼續列下去的話,就可以變成是某些數的序列,也就是「數列」。

1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144、233、……

這個數列是十二世紀時由義大利的數學家費波那奇(Leonardo Pisano Bigollo)所發現,因此稱為「費波那奇數列」。在費波那奇數列中,「233」的下一個數,計算「144+233」後得知是「377」對吧?那麼我們接著再計算看看這個數列其他的數。

233+377=610
377+610=987
610+987=1597

接下來也把這些數與相鄰的數做除法演算看看。

377÷233=1.618……
610÷377=1.618……
987÷610=1.618……
1597÷987=1.618……

的確得出來的值都是「1.618……」。

這個數「1.618……」稱為「黃金比例」,以希臘文字ψ(PHI)來表示。

這個黃金比例,就是解開在植物中會出現費波那奇數列謎題的關鍵。

黃金比例與黃金角度

費波那奇數列(1、1、2、3、5、8、13、21、34、……)的相鄰兩數比率,將逐漸趨近於「1:1.6180339887……」。這個比率就稱為「黃金比例」。

◆ 黃金比例與黃金角度

那麼我們就實際來使用黃金比例分割線段。把一個線段彎曲後環繞一圈360度成一個圓。當以黃金比例分割這個圓時,相等於圓周部分的「1」的角度就會變成137.5077……度(以下簡略為137.5度)。因為是把圓周以黃金比例分割出來的角度,所以這個角度就叫做「黃金角度」。

其實這個黃金角度,就是掌握向日葵美麗盛開的關鍵。

向日葵的花朵是由許多小小的管狀花所集合而成的,且是由中心向外側生長。最初第一朵花出現在中心,接著在離中心一點距離的地方再長出第二朵小花。

然後,下一朵花就像下圖那樣,會出現在「距離回轉137.5度後的前端的地方」。然後再從那個地方回轉137.5度,在有一點距離的地方再長出另一朵花。就像這樣不停重複,最後就會長滿了以右旋與左旋螺旋的樣子並排生長的花朵。費波那奇數列與黃金比例

從「1」與「1」開始,「1、1、2、3、5、8、13、21、34、……」就像這樣,把前面兩個數陸續相加後所創造出來的數列就是「費波那奇數列」。

費波那奇數列可以在樹木的分支中找出來。

這個費波那奇數列中,藏著某個祕密。我們來找找這是什麼吧!

◆在樹木的分支中有著費波那奇數列

由上往下:13根、8根、5根、3根、2根、1根、1根

先調查一下「下一個數是前一個數的幾倍大?」也就是計算看看「下一個數÷前一個數」。

1÷1=1
2÷1=2
3÷2=1.5
5÷3=1.666……
8÷5=1.6
13÷8=1.625
21÷13=1.615……
34÷21=1.619……
55÷34=1.617……
89÷55=1.618……
144÷89=1.617……
233÷144=1.618……

從這個計算結果可以發現一件事。相鄰的數的除法(下一個數÷前一個數)的值都大約會是「1.618……」左右。

在費波那奇數列中,「233」的下一個數,計算「144+233」後得知是「377」對吧?那麼我們接著再計算看看這個數列其他的數。

233+377=610
377+610=987
610+987=1597

接下來也把這些數與相鄰的數做除法演算看看。

377÷233=1.618……
610÷377=1.618……
987÷610=1.618……
1597÷987=1.618……

的確得出來的值都是「1.618……」。

這個數「1.618……」稱為「黃金比例」,以希臘文字ψ(PHI)來表示。

這個黃金比例,就是解開在植物中會出現費波那奇數列謎題的關鍵。

黃金比例與黃金角度

費波那奇數列(1、1、2、3、5、8、13、21、34、……)的相鄰兩數比率,將逐漸趨近於「1:1.6180339887……」。這個比率就稱為「黃金比例」。

◆ 黃金比例與黃金角度

那麼我們就實際來使用黃金比例分割線段。把一個線段彎曲後環繞一圈360度成一個圓。當以黃金比例分割這個圓時,相等於圓周部分的「1」的角度就會變成137.5077……度(以下簡略為137.5度)。因為是把圓周以黃金比例分割出來的角度,所以這個角度就叫做「黃金角度」。

其實這個黃金角度,就是掌握向日葵美麗盛開的關鍵。

向日葵的花朵是由許多小小的管狀花所集合而成的,且是由中心向外側生長。最初第一朵花出現在中心,接著在離中心一點距離的地方再長出第二朵小花。

然後,下一朵花就像下圖那樣,會出現在「距離回轉137.5度後的前端的地方」。然後再從那個地方回轉137.5度,在有一點距離的地方再長出另一朵花。就像這樣不停重複,最後就會長滿了以右旋與左旋螺旋的樣子並排生長的花朵。這個花朵排列方法的模式,就是「花朵毫無間隙密密麻麻地生長」。要是有那麼一次從137.5度錯開的話就會產生空隙,花朵就無法密密麻麻地生長了。向日葵真可說是讓小花們超級有效率地並排生長而成的呢!

就像這樣,137.5度的角度就是向日葵花朵的祕密。向日葵以黃金角度長出許多花,也因此留下許多種子,也就是它們的子子孫孫。

「大自然之美」與「數的世界」因為費波那奇數列而連結在一起——。

為了生存以及種子的存續,植物悄悄隱藏著如此美麗的規則。

在萬物的根源,也必定潛藏著數的祕密——。

每次在路邊看見小小的花花草草,我總是會有這樣的感覺。這個花朵排列方法的模式,就是「花朵毫無間隙密密麻麻地生長」。要是有那麼一次從137.5度錯開的話就會產生空隙,花朵就無法密密麻麻地生長了。向日葵真可說是讓小花們超級有效率地並排生長而成的呢!

就像這樣,137.5度的角度就是向日葵花朵的祕密。向日葵以黃金角度長出許多花,也因此留下許多種子,也就是它們的子子孫孫。

「大自然之美」與「數的世界」因為費波那奇數列而連結在一起——。

為了生存以及種子的存續,植物悄悄隱藏著如此美麗的規則。

在萬物的根源,也必定潛藏著數的祕密——。

每次在路邊看見小小的花花草草,我總是會有這樣的感覺。
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