由於研究兔子繁殖問題,引出了一個極為奇妙而重要的數列。
有位養兔專業戶想知道兔子繁殖的規律,於是他圍了一個柵欄,把一對剛出生的小兔子關在裏麵。已知一對小兔子出生後兩個月就開始生兔子,以後則每月可再生一對,假如不發生傷亡現象,滿一年時,柵欄內有幾對兔子呢?
現在,我們來幫他算一算。為了尋找規律,我們用“成”字表示已成熟的一對小兔子,“小”表示未成熟的一對小兔子,因為一對小兔子生下兩個月就開始生小兔子,所以我們可以畫出以下圖表。
可見,頭6個月的兔子的對數是1,1,2,3,5,8。
這個數列有什麼規律呢?稍加觀察就可發現它的特點:從第三項起,每一項都等於其前兩項之和。根據這個特點,我們就可以把這個數列繼續寫下去,從而得到一年內兔子總對數
1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144。
可見,滿一年時,一對剛出生的兔子可變成144對。
斐波那契是意大利人,12世紀、13世紀歐洲數學界的中心人物。他曾到埃及、敘利亞、希臘、西西裏、法國南部等地遊曆,回國後便將所搜集的算術和代數材料加以研究,編寫成《算盤書》。該書對歐洲大陸產生了很大影響,它用大量的題目說明理論內容。兔子繁殖問題就是其中的一題。所謂斐波那契數列就是指由兔子繁殖問題引出的數列
1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,…
其中an=an-1+an-2
斐波那契數列也可叫兔子數列,該數列中的每一項都稱為斐波那契數。
它的通項公式為
an=151+52n-1-52nn∞αnan+1=1-52n。斐波那契數列有著廣泛的應用。它和現代的優選法有密切關係。所謂優選法就是,盡可能少做試驗,盡快地找到最優生產方案的數學方法。70年代經著名數學家華羅庚的倡導,優選法在我國得到廣泛的推廣和應用,取得了很多成果。優選法中有個“0.168法”,所謂“0.168”就是5-12的近似值。因此,人們就可用相鄰兩個斐波那列數之比來近似代替0.168。在這基礎上,人們還創造了一種“斐波那契法”,來尋找最優方案。
最使人們感到驚奇的是,自然界很多現象都與斐波那契數列有關。科學家們發現蜜蜂的繁殖速度也符合斐波那契數列。除了動物的繁殖外,植物的生長也與斐波那契數有關。如果一棵樹每年都在生長,那麼,一般說來,第一年隻有主幹,第二年有2枝,第三年有3枝,最後是5枝、8枝、13枝等,每年的分枝數正好為斐波那契數。還有一些學者發現自然界中花朵的花瓣數目也與斐波那契數有關。生物學中的“魯德維格定律”,就是斐波那契數列在植物學中的應用。
對於以上現象怎樣解釋呢?是偶然的巧合嗎?大多數科學家認為,決不是巧合。是這些動、植物也懂得優選法嗎?不是!其實道理很簡單,自然界的生物在進化過程中都不自覺地服從著一條原則——“適者生存”,隻有按照最優方案發展,才能很好地生存下去,否則就會慢慢被淘汰。
關於世界著名魔術大師蘭迪有個小故事。他有一塊邊長為13分米的正方形地毯,想把它改成8分米寬,21分米長的地毯。於是,他找來一位工匠,請他加工。大家想一想,本來地毯麵積是13×13=169,加工後地毯的麵積是8×21=168。這位工匠當然無法完成。於是,他對蘭迪說;“先生,我不是魔術師,恕我無法加工。”這時,聰明的蘭迪教他先按左圖中的方法割成兩塊,再重新拚湊一下,就得到了一塊8×21(平方分米)的地毯(如下圖)。
蘭迪不愧為魔術大師,169平方分米分明比168平方分米大,這差數1平方分米變到哪裏去了呢?讀者如果自己動手,用硬紙剪割拚湊一下,也許會發現,當你將剪下的四個小塊拚成長方形時,在對角線中段會出現微小的重疊,正是這種重疊,造成麵積的誤差。
十分奇妙,上麵切割拚湊過程中碰到的四個數字5,8,13,21正好是斐波那契數。並且132=8×21+1,82=5×13-1。
看來,蘭迪掌握了斐波那契數列的一條重要原則:
an2=an-1·an+1±1(n≥2)
讀者能不能根據這條性質,模仿蘭迪也設計出一個幾何魔術呢?