1,1,2,3,5,8,13,21,34,…,这样的数列就是 的斐波那契数列(Fibonaccisequence),又称*金分割数列,因数学家列昂纳多·斐波那契(LeonardodaFibonacci)以兔子繁殖为例子而引入,所以又称为“兔子数列”。
一般而言,兔子在出生两个月后,就有繁殖能力,一对兔子每个月能生出一对小兔子来。如果所有兔子都不死,那么一年以后可以繁殖多少对兔子?
我们不妨拿新出生的一对小兔子分析一下:
个月小兔子没有繁殖能力,所以还是一对;
两个月后,生下一对小兔对数共有两对;
三个月以后,老兔子又生下一对,因为小兔子还没有繁殖能力,所以一共是三对;
……
依次类推可以列出下表:
幼仔对数=前月成兔对数
成兔对数=前月成兔对数+前月幼仔对数
总体对数=本月成兔对数+本月幼仔对数
可以看出幼仔对数、成兔对数、总体对数都构成了一个数列。这个数列有关十分明显的特点,那是:前面相邻两项之和,构成了后一项。
在数学上,斐波纳契数列以如下递推的方法定义:F(1)=1,F(2)=1,F(n)=F(n-1)+F(n-2)(n≥3,n∈N*)。
仔细观察斐波那契数列,你有什么小发现吗?
(1)观察斐波那契数列中每个数的个位数字,我们发现有这样一个周期:
(1,1,2,3,5,8,3,1,4,5,9,4,3,7,0,7,7,4,1,5,6,1,7,8,5,3,8,1,9,0,9,9,8,7,5,2,7,9,6,5,1,6,7,3,0,3,3,6,9,5,4,9,3,2,5,7,2,9,1,0),1,1,2……
可以发现斐波那契数列的个位数字:每60个为一个循环,当然它的末两位、末三位、末四位也是有循环周期的,有兴趣的同学可以自己通过查资料去探索喔。
(2)随着数列项数的增加,前一项与后一项之比越来越逼近*金分割的数值0.。
斐波那契数列是怎样出现在数学题中的呢?我们可以看一下其中一种题型:
(1)有一段楼梯有10级台阶,规定每一步只能跨一级或两级,要登上第10级台阶有几种不同的走法?
分析:登上第1级台阶,有1种走法;
登上第2级台阶,可以1+1,2,共有2种走法;
登上第3级台阶,可以1+1+1,1+2,2+1,共有3种走法;
登上第4级台阶,可以1+1+1+1,1+1+2,1+2+1,2+1+1,2+2,共有5种走法;
登上第5级台阶,可以1+1+1+1+1,1+1+1+2,1+1+2+1,1+2+1+1,2+1+1+1,2+2+1,2+1+2,1+2+2,共有8种走法;
……
可以发现,台阶有1级,2级,3级,4级,5级,……时,上台阶的走法分别为1,2,3,5,8,…,显然,这是一个斐波那契数列。所以要登上第10级台阶,就是这个数列的第10项(即89),因此共有89种走法。
(2)一段楼梯,共有7级台阶,规定每一步只能跨1级、2级或3级,则登上7级台阶共有多少种方法?
分析:登上第1级台阶,只能跨1级,有1种走法;
登上第2级台阶,1+1,2,共有2种走法;
登上第3级台阶,1+1+1,1+2,2+1,3,共有4种走法;
登上第4级台阶,1+1+1+1,1+1+2,1+2+1,2+1+1,2+2,1+3,3+1,共有7种走法;
登上第5级台阶,1+1+1+1+1,1+1+1+2,1+1+2+1,1+2+1+1,2+1+1+1,1+2+2,2+1+2,2+2+1,1+1+3,1+3+1,3+1+1,2+3,3+2,共有13种走法;
……
可以发现,台阶有1级,2级,3级,4级,5级,……时,上台阶的走法分别为1,2,4,7,13,…,以后每增加一级就是他前面三个数的和,所以要登上第7级台阶,就是这个数列的第7项(44),因此共有44种走法。
与斐波那契数列有关的数学题还有很多,就不再例举了,下面我们来看一下斐波那契数列的应用。
斐波那契数列在艺术和科学方面起着特殊的作用。在古代文明中,*金比例(神圣几何)经常被用于艺术和建筑的设计,从简单的螺旋到更复杂的设计,今天的神圣几何仍然用于规划和建造许多建筑物,如教堂,寺庙,祭坛,住房以及创造宗教艺术品。
斐波那契数列在自然科学的其他分支,也有许多应用。例如,树木的生长,由于新生的枝条,往往需要一段“休息”时间,供自身生长,而后才能萌发新枝。所以,一株树苗在一段间隔,例如一年,以后长出一条新枝;第二年新枝“休息”,老枝依旧萌发;此后,老枝与“休息”过一年的枝同时萌发,当年生的新枝则次年“休息”。这样,一株树木各个年份的枝桠数,便构成斐波那契数列。这个规律,就是生物学上 的“鲁德维格定律”。
斐波那契数列中的斐波那契数会经常出现在我们的眼前
比如松果、凤梨、树叶的排列、某些花朵的花瓣数(典型的有向日葵花瓣),蜂巢,蜻蜓翅膀,超越数e(可以推出更多),*金矩形、*金分割、等角螺线,十二平均律等。
另外,观察延龄草、野玫瑰、南美血根草、大波斯菊、金凤花、耧斗菜、百合花、蝴蝶花的花瓣,可以发现它们花瓣数目具有斐波那契数:3、5、8、13、21、……
其中百合花花瓣数目为3,梅花5瓣,飞燕草8瓣,万寿菊13瓣,向日葵21或34瓣,雏菊有34、55和89三个数目的花瓣。
这个神奇奥妙的序列隐藏在我们生活中任何常见的事物,植物如一棵花菜,一朵向日葵,宏观如星系和飓风,小到细胞分裂,都有斐波那契数列的存在。
数字是一种充满神秘色彩而又与我们息息相关的东西,数字的奥妙无穷无尽。满世界神奇的事物,等着我们去发现。
试一试
1.有一列数按1,1,2,3,5,8,13,21,34,…的顺序排列,第个数是奇数还是偶数?
2.开始有三个数为1,1,1,每次操作把其中一个数换成其他两个数的和。经过9次操作后所得的三个数中, 数的 可能值是多少?
3.下面每个长方形都是由几个小正方形组成的:①号长方形面积为2,②号长方形面积为6,③号长方形面积为15,④号长方形面积为40,按照这样排下去,第⑧号长方形面积为多少?
参考答案
1.分析:这个数列是按照“奇数、奇数、偶数”的顺序循环重复排列的;每一组循环中有2个奇数和1个偶数,周期数为3,÷3=66(组)……2(个),余数是2,所以第个数是奇数。
2.分析: 数的 可能值是89。每次把三个数从小到大排序,再把前面的最小的数换成后面两个数的和,结果为(1,1,1)→(1,1,2)→(1,2,3)→(2,3,5)→(3,5,8)→(5,8,13)→…
经过观察, 的数构成一个斐波那契数列,开始的两个数是1,2,从第三项开始,每个数是前面两个数的和,因此为89。
3.分析:每个长方体的宽和长分别为:1,2,3,5,8,13,21,34,55,…,形成了斐波那契数列,则第8个图形的宽和长为34和55,它的面积为55×34=。
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