植物中的数学

最后更新 2019-12-25
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    人类很早就从植物中看到了数学特征:花瓣对称地排列在花托边缘,花朵几乎完美地呈现出辐射对称形状,叶子沿着植物茎秆相互叠起。这向我们展示了许多美丽的数学模式。

    笛卡尔是法国17世纪著名的数学家,以创立坐标法而享有盛誉。

    他在研究了一簇花瓣和叶子的曲线特征之后,列出了x3+y3-3axy=0的曲线方程式,准确形象地揭示了植物叶子和花朵的形态所包含的数学规律性。这个曲线方程取名为“笛卡尔叶线”或“叶形线”,又称作“茉莉花瓣曲线”。

    如果将参数a的值加以变换,便可描绘出不同叶子或者花瓣的外形图。

    科学家又发现,植物的花瓣、萼片、果实的数目以及其他方面的特征,都非常吻合于一个奇特的数列——著名的斐波那契数列:123581321345589……其中,从3开始,每一个数字都是前二项之和。

    向日葵种子的排列方式,就是一种典型的数学模式。仔细观察向日葵花盘,你会发现两组螺旋线,一组顺时针方向盘绕,另一组则逆时针方向盘绕,并且彼此相嵌。

    虽然不同的向日葵品种中,种子顺、逆时针方向的螺旋线数量有所不同,但往往不会超出34555589或者89144这三组数字,每组数字都是斐波那契数列中相邻的两个数。

    此外,我们若仔细观察常见的车前草,就不难发现,它们的相邻两片叶之间的弧度大小非常接近,都为137.5度。科学家观察发现,按照137.5度的排列模式,叶子可以占有最多的空间,吸收最多的阳光,获取最多的雨水。

    经科学家实验证明,植物之所以会按照137.5度排列它们的叶子或果实,是地球磁力场对植物的长期影响而造成的。


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土族人戴着面具表演传统的舞剧庄稼其。

(来源:新华社,摄影:侯德强)

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