2斐波拉契數列
13世紀初,歐洲最好的數學家是斐波拉契,他寫了一本叫做《算盤書》的著作,是當時歐洲最好的數學書。書中有許多有趣的數學題,其中最有趣的是下麵這個題目:
“如果一對兔子每月能生1對小兔子,而每對小兔在它出生後的第3個月裏,又能開始生1對小兔子,假定在不發生死亡的情況下,由1對初生的兔子開始,1年後能繁殖成多少對兔子?”
推算一下兔子的對數是很有意思的。為了敘述更有條理,我們假設最初的一對兔子出生在頭一年的12月份。顯然,1月份裏隻有1對兔子;到2月份時,這對兔子生了1對小兔,總共有2對兔子;在3月份裏,這對兔子又生了1對小兔,總共有3對小兔子;到4月份時,2月份出生的兔子開始生小兔了,這個月共出生了2對小兔,所以共有5對兔子;在5月份裏,不僅最初的那對兔子和2月份出生的兔子各生了1對小兔,3月份出生的兔子也生了1對小兔,總共出生了3對兔子,所以共有8對兔子……
照這樣繼續推算下去,當然能夠算出題目的答案,不過,斐波拉契對這種方法很不滿意,他覺得這種方法太繁瑣了,而且越推算到後麵情況越複雜,稍一不慎就會出現差錯。於是他又深入探索了題中的數量關係,終於找到了一種簡捷的解題方法。
斐波拉契把推算得到的頭幾個數擺成一串。
1,1,2,3,5,8……
這串數裏隱含著一個規律,從第3個數起,後麵的每個數都是它前麵那兩數的和。而根據這個規律,隻要作一些簡單的加法,就能推算出以後各個月兔子的數目了。
這樣,要知道1年後兔子的對數是多少,也就是看這串數的第13個數是多少。由5+8=13,8+13=21,13+21=34,21+34=55,34+55=89,55+89=144,89+144=233,不難算出題目的答案是233對。
按照這個規律推算出來的數,構成了數學史上一個有名的數列。大家都叫它“斐波拉契數列”。這個數列有許多奇特的性質,例如,從第3個數起,每個數與它後麵那個數的比值,都很接近0618,正好與大名鼎鼎的“黃金分割律”相吻合。人們還發現,連一些生物的生長規律,在某種假定下也可由這個數列來刻畫呢。
3托爾斯泰問題
19世紀時,俄國有位大文豪叫列夫·托爾斯泰。他的作品形象生動逼真,心理描寫細膩,語言優美,用詞準確鮮明,對歐洲和世界文學產生過巨大影響。如《戰爭與和平》、《複活》等等,至今仍然擁有千千萬萬的讀者。
這位大文豪又是一個有名的“數學迷”。每當創作餘暇,隻要見到了有趣的數學題目,他就會丟下其他事情,沉湎於數學演算之中。他還動手編了許多數學題,這些題目都很有趣而且都不太難,富於思考性,因而在俄羅斯少年中廣為流傳。例如:
一些割草人在兩塊草地上割草,大草地的麵積比小草地大1倍。上午,全體割草人都在大草地上割草。下午他們對半分開,一半人留在大草地上,到傍晚時把剩下的草割完;另一半人到小草地上去割草,到傍晚還剩下一小塊沒割完。這一小塊地上的草第二天由一個割草人割完。假定每半天的勞動時間相等,每個割草人的工作效率也相等。問共有多少割草人?
這是托爾斯泰最為欣賞的一道數學題,他經常向人提起這個題目,並花費了許多時間去尋找它的各種解法。下麵這種巧妙的算術解法,相傳是托爾斯泰年輕時發現的。
在大草地上,因為全體人割了一上午,一半的人又割了一下午才將草割完,所以,如果把大草地的麵積看作是1,那麼,一半的人在半天時間裏的割草麵積就是1/3。
在小草地上,另一半人曾工作了一個下午。由於每人的工效相等,這樣,他們在這半天時間裏的割草麵積也是1/3。
由此可以算出第一天割草總麵積為4/3。
剩下的麵積是多少呢?由大草地的麵積比小草地大1倍,可知小草地的總麵積是1/2。因為第一天下午已割了1/3,所以還剩下1/6。這小塊地上的草第二天由1個人割完,說明每個割草人每天割草麵積是1/6。
將第一天割草總麵積除以第一天每人割草麵積,就是參加割草的總人數。
43÷16=8(人)
後來,托爾斯泰又發現可以用圖解法來解答這個題目,他對這種解法特別滿意。因為不需要作更多的解釋,隻要畫出了這個圖形,題目的答案也就呼之即出了。