让我们一起来了解斐波那契数列的起源,它与黄金比例的关系,以及对它在自然和建筑中的重要性的常见误解。
斐波那契数列(Fibonacci sequence)是一个著名的数学数列,其中每个数字都是前两个数字的和。人们声称数字序列有许多特殊的属性,比如它是建造完美结构的“大自然的密码”,就像吉萨的大金字塔或你学校数学教科书封面上的标志性贝壳一样。但这更多的是神话,而不是事实,这部数列的真实历史更接地气一些。
解释斐波那契数列
斐波那契数列是一串数字,其中每个数字都是它前面两个数字的和。从0和1开始,数列的前10个数字是这样的:0、1、1、2、3、5、8、13、21、34,以此类推。斐波那契数列可以用一个数学方程来描述:Xn+2= Xn+1 + Xn
斐波那契数列历史
首先要知道的是,这个序列最初不是斐波那契的,事实上,他从来没有被称为斐波那契。斯坦福大学数学家基思·德夫林表示:“我们称之为列奥纳多·斐波那契的意大利数学家出生于1170年左右,最初被称为比萨的列奥纳多。”
德夫林说,直到19世纪,历史学家才提出斐波那契这个绰号(大致意思是“波那契家族的儿子”),以将这位数学家与另一位著名的比萨达芬奇区分开来。
德夫林说,比萨的列奥纳多实际上并没有发现这个数列。德夫林也是《发现斐波那契:重新发现被遗忘的改变世界的数学天才》(普林斯顿大学出版社,2017年)的作者。使用印度-阿拉伯数字系统的古梵语文本在公元前200年首次提到它,比比萨的列奥纳多早了几个世纪。
“它一直存在,”德夫林指出。
然而,在1202年,比萨的列奥纳多出版了巨著《算盘书》,这是一本“如何进行计算的数学食谱”,德夫林说。他补充说,为商人编写的“算盘书(librer Abaci)”列出了印度-阿拉伯算术,用于跟踪利润、亏损、剩余贷款余额等。
在书中的一个地方,比萨的列奥纳多用一个涉及兔子的问题介绍了这个序列。问题是这样的:从一只公兔和一只母兔开始。一个月后,它们成熟并与另一只公兔和母兔产下一窝兔子。一个月后,这些兔子繁殖出来 —— 你猜对了 —— 另一只雄性和雌性,它们也可以在一个月后交配。(在这里,请忽略极其不可能的生物学原理。)一年后,你会有多少只兔子?
事实证明,答案是144 —— 用来得到这个答案的公式就是现在所说的斐波那契数列。
《算盘书》第一次把这个数列介绍给西方世界。但是,在几段关于饲养兔子的简短段落之后,比萨的列奥纳多再也没有提到这个顺序。事实上,直到19世纪,数学家们对数列的数学性质有了更多的研究,它才被人们遗忘。德夫林说,1877年,法国数学家爱德华·卢卡斯正式将兔子问题命名为“斐波那契数列”。
斐波那契数列和黄金分割
除了作为一个简洁的教学工具,斐波那契数列在自然界中也有一些地方出现。然而,这并不是某种控制宇宙结构的密码,德夫林说。
的确,斐波那契数列与现在被称为黄金分割率的phi紧密相连,phi是一个无理数,它有很多自己的可疑之处。斐波那契数列中连续数的比例越来越接近黄金比例,即1.6180339887498948482 ……
德夫林说,黄金比例成功地捕捉了某些类型的植物生长。例如,一些植物的叶子或花瓣的螺旋排列遵循黄金比例。根据《叶序:植物形态发生的系统性研究》(剑桥大学出版社,1994年),松果表现出金色螺旋,向日葵的种子也是如此。但也有同样多的植物不遵循这一规则。
“这么说吧,这并不是‘上帝对种植事物的唯一规则’,”德夫林说。
自然界和建筑中的斐波那契数列
他补充说,也许最著名的例子是被称为鹦鹉螺的贝壳,根据斐波那契数列,它实际上并没有生长出新的细胞。当人们开始将其与人体、艺术和建筑联系起来时,与斐波那契数列的联系就会从脆弱变成彻头彻尾的虚构。
1992年,当时在缅因大学(University of Maine)的数学家乔治·马可夫斯基(George Markowsky)在《大学数学杂志》(College Mathematics Journal)上发表的一篇论文中写道:“要记录所有关于黄金分割率的错误信息,需要一本大书,其中很多只是不同作者重复同样的错误。”
这些错误信息大部分可以归因于1855年德国心理学家阿道夫·蔡辛(Adolf Zeising)的一本名为《美学研究》(Aesthetic Research)的书。蔡辛声称人体的比例是基于黄金比例。在随后的几年里,黄金分割率出现了“黄金矩形”、“黄金三角形”以及各种关于这些标志性维度出现的理论。
从那以后,人们说黄金比例可以在吉萨金字塔、帕台农神庙、列奥纳多·达·芬奇的《维特鲁威人》和一群文艺复兴时期的建筑的尺寸中找到。德夫林说,关于这一比例对人眼来说是“独一无二的”的总体说法是不加批判的。他补充说,所有这些说法经过检验后,都是明显错误的。
“我们是很好的模式识别器。我们可以看到一种模式,不管它是否存在,”德夫林说。“这一切都只是一厢情愿的想法。”
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