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从养兔子而来的斐波纳契数列, 为何被称为数学界的“完美”公式!

斐波那契数列是数学中最著名的公式之一。

序列中的每一个数字都是它前面两个数字的总和。所以,序列是:0,1,1,2,3,5,8,13,21,34等等。描述它的数学方程是Xn+2=Xn+1+Xn

作为高中和本科课程的中流砥柱,它被称为“自然的密码”和“自然的普遍规律”。据说它支配着从吉萨大金字塔,这是一个标志性的建筑。.

而且可能性是,几乎你所知道的一切都是错误的。

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来源于“兔子”?

那么,这个著名的序列背后的真实故事是什么呢?

许多消息来源声称它是由莱昂纳多·斐波纳契首次发现或“发明”的。这位意大利数学家出生于公元1170年,他最初被称为比萨人莱昂纳多。直到19世纪,历史学家才提出了斐波纳契这个绰号(大致意思是“波纳契家族的儿子”),以区别另一位著名的数学家列奥纳多。

但莱昂纳多并没有真正发现这个序列,他也是“寻找斐波纳契:重新发现改变世界的被遗忘的数学天才的探索”(普林斯顿大学出版社,2017)一书的作者。古代梵文使用印度-阿拉伯数字系统先提一提,莱昂纳多早几个世纪。

然而,1202年,比萨的莱昂纳多出版了一本巨著“计算之书”,这是一本关于如何计算的数学著作。为商人写的这本书列出了用于跟踪利润、亏损、剩余贷款余额等的数学方法。

在书中的一个地方,莱昂纳多介绍了一个关于兔子的问题。问题是:一开始有一只公兔和一只母兔。一个月的时间兔子可以交配产生下一代,生下另外两只一公一母的兔子,以此推类,一年后,你会有多少只兔子?答案是144,得到这个答案所用的公式是现在所知的斐波纳契序列。

但是在发表了关于繁殖兔子的文章之后,莱昂纳多再也没有提到这个序列。事实上,直到19世纪,数学家们才开始更多地研究序列的数学性质。1877年,法国数学家爱德华·卢卡斯正式将兔子问题命名为“斐波纳契序列”

有何实际意义?

但是斐波纳契序列到底有什么意义呢?除了是一个串简洁的数字之外,它还出现在自然界的一些地方。

确实,斐波纳契序列与现在所知的黄金比率十分接近,这也是为什么斐波那契数列会被成为“最完美的数列”,也就是1.6180339887498948482……数学家可以计算出所谓的黄金螺旋,或者是生长因子等于黄金比率的对数螺旋。

黄金分割似乎能很好地解释某些植物的生长。例如,一些植物的叶片或花瓣的螺旋排列遵循黄金比例。松果表现出金色螺旋,正如向日葵中的种子一样,根据“趋叶性:植物形态发生的系统研究”(剑桥大学出版社,1994年)。但也有同样多的植物不遵循这一规则。

也许最著名的例子,称为“海鸥”的海螺,实际上并没有按照斐波那契序列生长。

错误的道路

当人们将数字开始与人体、艺术和建筑建立联系时,与斐波纳契序列的数学意义就不可同日而语了。

数学家乔治·马科夫斯基在1992年的一篇论文中写道:“需要一本超级大的书来记录关于黄金比率的所有错误信息,人们总是试图将黄金不利强行安放在自然界中,却忘了研究数学本身。”

大部分的错误可以归因于1855年德国心理学家阿道夫·泽辛的一本书。泽辛声称,人体的比例是基于黄金比例的。黄金比例催生了“黄金长方形”、“金三角”以及各种奇葩的理论。从那以后,人们就说在吉萨金字塔的尺寸里可以找到黄金比例,帕台农神庙, 列奥纳多·达芬奇的“维特鲁维人”还有一堆文艺复兴时期的建筑。

所有这些关于斐波那契数列的猜测,明显都是错误的,我们的眼睛才是最好的欣赏美的标准,只是一味的以一致的黄金比例来评判美的事物,只不过都是一厢情愿的想法。

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