斐波那契数列与纸艺树
冬天,寒风凛冽,万木凋零,街道两边的大树虽然只留下了光秃秃的树干与枝桠,却别有一番严冬的风味。其实这些树干与枝桠还隐藏着许多奇妙的小秘密。
树木的生长具有一定的规律,新生的枝条往往需要一段“休息”时间,供自身生长,而后才能再萌发新枝。所以,一株树苗在一段时间的间隔后——例如一年——长出一条新枝;第二年新枝“休息”,老枝依旧萌发;老枝与“休息”过一年的枝桠同时萌发,当年生的新枝则下一年“休息”……
这种轮换休息的一株树,各个年份的枝桠数就可以制作成下面一张有趣的表格:
其中的秘密你发现了吗?
第一年的枝桠总数加第二年的枝桠,总数等于第三年的。用数学语言来表示,n代表年份数,F(n)代表枝桠总数,那么F(n+2)=F(n)+F(n+1),如1+1=2、1+2=3、3+5=8、5+8=13……
这个小秘密显而易见,然而,它还隐藏着更多不易察觉的小秘密。
后来,人们发现了这个枝桠总数的数列1、1、2、3、5、8、13、21、34、55……就是著名的斐波那契数列。它是由12世纪的意大利数学家列昂纳多·斐波那契最先发现的。大自然中一些植物的花瓣、萼片、果实的数目以及排列的方式上,都符合斐波那契数列。比如,向日葵中葵花籽排列的螺旋线,2组螺线的线条数往往成相继的2个斐波那契数,一般是34条和55条螺旋线。这是为什么呢?有科学家认为,因为用斐波那契数排列的结构是最节约能量的。
斐波那契数列又叫做黄金分割数列,因为这个数列越往后,前一项与后一项的比值就越逼近黄金分割的比值——0.618:1÷1=1、1÷2=0.5、2÷3=0.666……3÷5=0.6、5÷8=0.625……55÷89=0.617977……144÷233=0.618025……46368÷75025=0.6180339886………越到后面,这些比值越接近黄金比。
在各种生物乃至浩瀚的宇宙空间,黄金分割律都大量存在。例如,人体下肢与上肢之比,前臂与上臂之比,身高与肚脐以下距离之比,手指每一节骨头与后面一节骨头之比等,都接近黄金分割定律,即1:0.618的近似值。芭蕾舞演员踮起脚尖跳舞,就是为了让身体的比例更接近黄金分割律。
斐波那契數列在建筑、医疗美容中也有广泛应用。
最后,让我们运用有趣的斐波那契数列的规律性,来制作一棵纸艺树吧。
需要准备的材料非常简单,只需要一个废弃的纸袋和一把剪刀,感兴趣的读者可以参考以下步骤进行制作。