有这样一个问题不知道你是否能够解答:有一对兔子,从出生后第三个月起,每个月都生一对兔子,小兔子长到第三个月后,每个月又生一对兔子,如果兔子都不死,那么十二个月后的兔子总数是多少?看起来是不是很简单呢,但是要列出算式来计算好像又很难。要不我们根据题目的条件,一起来算算看。某月后的兔子数,总是由两部分组成:大兔子和小兔子数。而当月的小兔子数,就是上月的大兔子数,因为上月有多少对大兔,下月就有多少对小兔;而当月的大兔子数,则是上月的兔子总数,因为不管是大兔还是小兔,到了下月都变成了大兔。根据这一结论,上月的大兔子数,总是前月的兔子总数。所以,当月的兔子数等于上月的兔子数加上上月的大兔数,也就等于上月的兔子数加上前月的兔子数。希望看到这里你没被大兔子、小兔子搞到头晕脑胀。不过根据这样的推算不难得出,开始、一月后、二月后、三月后、……十二月后的兔子数为:1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144、233。本题的正确答案应为233对。
你算对了吗?其实这并不是一个普通的计算题,它有着特殊的历史意义。它是意大利的数学家列奥纳多·斐波纳契在1202年出版的惊世之作《算盘书》中提到的一道题。这道看似简单的计算题,其中包含这样一个数列关系:
f(1)=0;
f(2)=1:
f(n)=f(n-1) f(n-2).
换种方式可以表达为:A1=0A2=1当n≥3时,数列An=A(n-1) A(n-2)
不难发现,从第三个数起,每个数都是前两数之和。把它延续下去,就得到了一个数列。人们为了纪念斐波纳契这个伟大的发现,就将这个数列称为“斐波纳契数列”,这个数列也是我们知道的最早的无穷数列。
都说斐波纳契数列是一个伟大的发现,可它的伟大之处在哪里呢?仔细研究斐波纳契数列我们可以发现下面的一些规律:
1.每3个数中就有2个奇数、1个偶数。
2.前n项的和总是第(n 2)个数减1。例如,在刚才计算小免子
得出的数列1、1、2、3、5、8、13、21、34.55、89、144,233中,前5项的和为12,它刚好等于第7个数13减去1。
3.相邻两个斐波纳契数的比值趋近于0.6180339,例如:5/8=0.625,
8/13=0.615384, 13/21=0.619047, 21/34=0.617647, 89/144=0.6180556,144/233=0.6180258,233/377=0.6180371
……你看比值总是在0.6180339附近摆动,且越往后越趋近于
该数值。别忘了,这个数值可是大名鼎鼎的黄金比例啊。
4.斐波纳契数列中相邻两项(从第二项起)的差仍然可以构成斐
波纳契数列。例如,相邻两项的差:2-1=1,3-2=1,5-3=2
8-5=3,13-8=5,21-13=8,34-21=13,55-34=21,……构成数
列1,1,2,3,5,8,13,21,……仍然为斐波纳契数列。
5.斐波纳契数列中相邻两项(从第二项起)的平方和也是斐波纳契数。
6.斐波纳契数列每连续三项中有且只有一个偶数。
7.斐波纳契数列第n个数是x,再之后每第n个数都是x的倍数。
不信你看,斐波纳契数列第三个数是2,再之后每第三个数都
是2的倍数;斐波纳契数列第四个数是3,再之后每第四个数都是3的倍数;斐波纳契数列第五个数是5,再之后每第五个数都是5的倍数。
8,斐波纳契数列中每十个连续的数之和能被11整除,且是第7个数倍数。例如1 1 2 3 5 8 13 21 34 55=143=11×13
1 2 3 5 8 13 21 34 55 89=231-11×21
2 3 5 8 13 21 34 55 89 144=374=11×34
3 5 8 13 21 34 55 89 144 233=605=11×55........
惊呆了吧,是不是没想到斐波纳契数列竟会送给我们这么多神奇的规律。不过这还不算什么,在自然界你也很容易看到它神秘的身影。
我们发现花最常见的花瓣数目就是五枚,例如与梅同属蔷薇科的其他物种,像桃、李、樱花、杏、苹果、梨等等就都开五瓣花。常见的花瓣数还有:3枚,鸢尾花、百合花(看上去6枚,实际上是两套3枚);8枚,飞燕草;13枚,瓜叶菊;向日葵的花瓣有的是21枚,有
的是34枚;雏菊的花瓣有的是34、55或89枚。而其他数目花瓣的花
则很少。现在让我们把这些常见的花瓣数目排列下来:3、5、8、13、21、34、55、89……发现这些数目有什么特殊之处吗?你是不是觉得它们看着有些眼熟?是的,这些花瓣的数量与斐波纳契数竟然存在惊人的吻合。
植物似乎对斐波纳契数着了迷。不仅花,还有叶、枝条、果实、种子等的数目,都可发现斐波纳契数列。叶序是指叶子在茎上的排列方式,最常见的是互生叶序,即在每个节上只生1叶,交互而生。任意取一个叶子作为起点,向上用线连接各个叶子的着生点,可以发现这是一条螺旋线,盘旋而上,直到上方另一片叶子的着生点恰好与起点叶的着生点重合,作为终点。从起点叶到终点叶之间的螺旋线绕茎周数,称为叶序周。不同种植物的叶序周可能不同,之间的叶数也可能不同。例如榆,叶序周为1(即绕茎1周),有2叶:桑,叶序周为1,有3叶;桃,叶序周为2,有5叶;梨,叶序周为3,有8叶;杏,叶序周为5,有13叶:松,叶序周为8,有21叶……用公式表示(绕茎的周数为分子,叶数为分母),分别为1/2,1/3,2/5,3/8,5/13,8/21,……这些是最常见的叶序公式,据估计大约有90%植物属于这类叶序,而它们全都是由斐波纳契数组成的。
你如果仔细观察向日葵的花盘,会发现其种子排列组成了两组相嵌在一起的螺旋线,一组是顺时针方向,一组是逆时针方向。再数数这些螺旋线的数目,虽然不同品种的向日葵会有所不同,但是这两组螺旋线的数目一般是34和55、55和89或89和144,其中前一个数字是顺时针线数,后一个数字是逆时针线数,而每组数字都是斐波纳契数列中相邻的两个数。再看看菠萝、松果上的鳞片排列,虽然不像向日葵花盘那么复杂,但也存在类似的两组螺旋线,其数目通常是8和13。有时候这种螺旋线不是那么明显,需要仔细观察才会注意到,例如花椰菜(也被称作“菜花”或“花菜”)。拿一颗花椰菜认真研究一下,你会发现花菜上的小花排列也形成了两组螺旋线,再数数螺旋线的数目,是不是也是相邻的两个斐波纳契数呢?例如顺时针5条,逆时针8条。掰下一朵小花来再仔细观察,它实际上是由更小的小花组成的,而且也排列成了两条螺旋线,其数目也是相邻的两个斐波纳契数。
天啦!也许在这些事实面前,你不知该感叹大自然的鬼斧神工