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植物“数学家”

2021-06-24祁云枝

思维与智慧·下半月 2021年5期
关键词:方向植物数学

祁云枝

人类很早就从植物中看到了数学特征:花瓣对称排列在花托边缘,整个花朵几乎完美无缺地呈现出辐射对称形状,叶子沿着植物茎秆相互叠起,有些植物的种子是圆的,有些是刺状,有些则是轻巧的伞状……

所有这一切,向我们展示了许多美丽的数学模式。

著名数学家笛卡尔,根据他所研究的一簇花瓣和叶形曲线特征,列出了x3+y3-3axy=0的方程式,这就是现代数学中有名的“笛卡尔叶线”(或者叫“叶形线”),数学家还为它取了一个诗意的名字——茉莉花瓣曲线。

后来,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:1、2、3、5、8、13、21、34、55、89……

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,并且彼此镶嵌。虽然不同的向日葵品种中,种子顺、逆时针方向和螺旋线的数量有所不同,但往往不会超出34和55,55和89或者89和144这三组数字,这每组数字,就是斐波那契数列中相邻的两个数。前一个数字是顺时针盘绕的线数,后一个数字是逆时针盘绕的线数。

雏菊的花盘也有类似的数学模式,只不过数字略小一些;菠萝果实上的菱形鳞片,一行行排列起来,8行向左倾斜,13行向右倾斜;挪威云杉的球果在一个方向上有3行鳞片,在另一个方向上有5行鳞片;常见的落叶松是一种针叶树,其松果上的鳞片在两个方向上各排成5行和8行,美國松的松果鳞片则在两个方向上各排成3行和5行……


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