植物生長中的黃金分割與斐波那契數列

2021-02-18 夏生聲

感謝中國農業大學生物學院謝文瑞同學來稿!

1植物生長中的斐波那契數列現象:

1向日葵

 

將向日葵果實用光滑曲線連接,逆時針綠色線條有13條,順時針藍色線條有21條,正好是兩個相鄰的斐波那契數。

2.松果

逆時針綠色線條8條,順時針黃色線條13條,是兩個相鄰的斐波那契數。

3.樹枝的生長

將層數看作項數,每一項的值為枝幹數目,構成斐波那契數列。

2.植物生長與斐波那契數列之間的關係

以上三例,均與斐波那契數列有關,我們知道斐波那契數列是一個由兔子問題延伸出的數學概念,它是1,1,2,3,5……這樣一組數,下面是對植物生長與斐波那契數列之間關係的詳細研究。

1.植物生長與黃金數有關

通過查閱資料得知,許多植物都按此比例生長,葉子或枝條在枝杆上呈螺旋上升中,如果把第一片葉子在水平面上的投影作為計算角度的起點,那麼第二片葉子的投影恰好在這個周角的黃金分割處,即相鄰兩片葉子投影間的夾角為黃金分割數*360°≈ 137.50776°。因為是無理數即無限不循環小數,故這樣分布可以保證下面的任何一片葉子永遠不會被上面的某一片葉子所完全覆蓋,這就可使下面的葉子得到足夠的光照。

2.黃金數與斐波那契數列的數學聯繫

這是黃金分割數的定義,0.618的倒數約等於1.618。0.618和1.618都叫做黃金分割數。(嚴格說是近似值)

而斐波那契數列是一個無窮數列,它的後一項比前一項的比值極限值為黃金分割數(約等於1.618)。

我用python編寫了計算程序證明它。n是項數,a1和a2是前兩項。

n=20,a1=1,a2=1

可以看出第20項與第19項之比為1.61803396,絕對誤差不超過0.00000003我覺得計算機的證明不夠嚴格,又用數學方法證明了這一點:

3.結語

植物生長與斐波那契數列、黃金數的關係如下:在長期的自然選擇中,很多植物進化出完美的生長機制。葉片連線條數之所以是斐波那契數,是因為相鄰兩片葉片投影夾角為黃金角,而黃金角的作用是保證葉片受到最充分的光照,使光合作用效率最大化。

4.疑惑

我尚未找到葉片連線條數與黃金數幾何上的聯繫,這個問題涉及到植物葉片生長的具體過程,歡迎有興趣的小夥伴與我共同探討。本人郵箱:2017302040222@cau.deu.cn

 

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