数学文化第四讲斐波那契数列与黄金分割
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斐波那契数列和黄金分割的关系
斐波那契数列与黄金分割密切相关。
黄金分割是将一条线段分成两个部分,使其中一部分和全长之比等于另一部分和这部分之比,即(a+b)/a=a/b。
这个比例值大约是1.618。
斐波那契数列也有类似的特征,即每个数与它前面的数的比值都趋近于黄金分割比例值。
例如,3/2≈1.5≈1.618/1;5/3≈1.666≈1.618/1.在斐波那契数列中,相邻两个数的比值已经趋近于黄金分割比例值,而随着数列的不断增长,这个比值会越来越接近黄金分割比例值。
因此,斐波那契数列与黄金分割有着紧密的关系。
Fibonacci数列与黄金分割在数学领域中,Fibonacci数列和黄金分割是两个备受推崇和研究的重要概念。
它们不仅在数学中有着广泛的应用,也在其他领域中发挥着重要的作用。
本文将探讨Fibonacci数列和黄金分割的定义、性质以及它们的应用。
一、Fibonacci数列的定义和性质Fibonacci数列是一个经典的数学数列,其定义如下:F(0) = 0F(1) = 1F(n) = F(n-1) + F(n-2) (n≥2)Fibonacci数列的性质包括以下几个方面:1. 连续项之间的比值逼近黄金分割F(n)/F(n-1)逼近黄金分割比例φ,即F(n)/F(n-1) ≈ φ。
2. 黄金分割比例的极限性质当n趋近于无穷大时,F(n)/F(n-1)的极限是黄金分割比例φ,即lim(n→∞) F(n)/F(n-1) = φ。
3. 黄金分割比例的近似值黄金分割比例φ约等于1.6180339887,可以用连分数形式表示:φ = 1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/(1 + ...)))。
二、黄金分割的定义和性质黄金分割是指将一条线段分割为两部分,较长部分与整体之比等于较短部分与较长部分之比。
这个比值等于黄金分割比例φ,约为1.6180339887。
黄金分割还有以下性质:1. 与Fibonacci数列的关联黄金分割比例φ正是Fibonacci数列的极限,即lim(n→∞) F(n)/F(n-1) = φ。
2. 出现在艺术和自然界中黄金分割比例φ被广泛应用于艺术和自然界。
许多古代建筑、艺术品和音乐作品都采用了黄金分割比例,使其更具美感和和谐感。
3. 出现在金融领域黄金分割比例在金融领域也有应用,例如在技术分析中,投资者会使用黄金分割比例来预测股票和证券市场的走势。
三、Fibonacci数列和黄金分割的应用Fibonacci数列和黄金分割在各个领域有着广泛的应用,以下列举其中几个重要的应用:1. 自然科学领域Fibonacci数列和黄金分割在自然科学领域中经常出现,如植物叶子和花瓣的排列规律、蜂窝的结构、物种繁殖规律等都与Fibonacci数列和黄金分割有关。
斐波那契数列与黄金分割的联系斐波那契数列与黄金分割是两个在数学和自然界中非常重要的概念。
它们之间存在着密切的联系,这一联系体现在斐波那契数列中每两个相邻数的比例,正好是无限接近于黄金分割的比例。
斐波那契数列是一个无限序列,从0和1开始,后面的每个数都是前面两个数之和。
具体来说,斐波那契数列的定义如下:F(0) = 0,F(1) = 1,F(n) = F(n-1) + F(n-2),其中n≥2。
斐波那契数列中的数迅速增长,例如,前几个斐波那契数是:0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,...可以看出这个数列几乎是无穷无尽的。
黄金分割是指一种特殊的比例关系,即将一条线段分成两部分,使得整体长度与较长部分的比值等于较长部分与较短部分的比值。
这个比值通常用希腊字母φ(phi)来表示,约等于1.618。
斐波那契数列中的相邻数之间的比值逐渐逼近黄金分割比例。
具体来说,当n较大时,F(n)/F(n-1)的比值接近于黄金分割比例φ。
例如,当n=20时,F(20)/F(19)≈1.618,接近于黄金分割比例。
为什么斐波那契数列和黄金分割之间存在联系呢?这涉及到一个数学性质,即斐波那契数列的极限比值与黄金分割比例是相等的。
换句话说,当n趋近于无穷大时,F(n)/F(n-1)的极限等于黄金分割比例φ。
这一性质可以通过数学推导得到。
斐波那契数列和黄金分割在自然界中的广泛存在也是它们联系的体现。
黄金分割比例被广泛应用于艺术、建筑和设计领域,人们认为它具有一种视觉上的美感。
许多传统文化中的建筑和艺术作品都采用了黄金分割比例。
斐波那契数列也出现在自然界中各种地方,如植物的生长中、动物的骨骼结构、海洋中的螺旋壳形状等。
这些都体现了斐波那契数列和黄金分割的普遍存在。
斐波那契数列和黄金分割的联系还可以用几何形状来展示。
通过绘制正方形并在正方形的一边上不断添加等边三角形,可以形成一个逐渐扩大的黄金矩形。
斐波那契比萨的列奥纳多,又称斐波那契(Leonardo Pisano ,Fibonacci, Leonardo Bigollo,1175年-1250年),意大利数学家,西方第一个研究斐波那契数,并将现代书写数和乘数的位值表示法系统引入欧洲。
目录1人物背景2数列3质数4重要作品1人物背景家庭列奥纳多的父亲Guilielmo(威廉),外号Bonacci(意即「好、自然」或「简单」)。
因此列奥纳多就得到了外号斐波那契 (Fibonacci,意即filius Bonacci,Bonacci之子)。
威廉是商人,在北非一带工作(今阿尔及利亚Bejaia),当时仍是小伙子的列奥纳多已经开始协助父亲工作。
于是他就学会了阿拉伯数字。
学习有感使用阿拉伯数字比罗马数字更有效,列奥纳多前往地中海一带向当时著名的阿拉伯数学家学习,约于1200年回国。
1202年,27岁的他将其所学写进计算之书(Liber Abaci)。
这本书通过在记帐、重量计算、利息、汇率和其他的应用,显示了新的数字系统的实用价值。
这本书大大影响了欧洲人的思想,可是在三世纪后印制术发明之前,十进制数字并不流行。
(例子:1482年,Ptolemaeus世界地图,Lienhart Holle在Ulm印制)成就列奥纳多曾成为热爱数学和科学的腓特烈二世 (神圣罗马帝国)的坐上客。
欧洲数学在希腊文明衰落之后长期处于停滞状态,直到12世纪才有复苏的迹象。
这种复苏开始是受了翻译、传播希腊、阿拉伯著作的刺激。
对希腊与东方古典数学成就的发掘、探讨,最终导致了文艺复兴时期(15~16世纪)欧洲数学的高涨。
文艺复兴的前哨意大利,由于其特殊地理位置与贸易联系而成为东西方文化的熔炉。
意大利学者早在12~13世纪就开始翻译、介绍希腊与阿拉伯的数学文献。
欧洲,黑暗时代以后第一位有影响的数学家斐波那契(约1175~1240),其拉丁文代表著作《算经》、《几何实践》等也是根据阿拉伯文与希腊文材料编译而成的,斐波那契,即比萨的列昂纳多(Leonardo of Pisa),早年随父在北非从师阿拉伯人习算,后又游历地中海沿岸诸国,回意大利后即写成《算经》(Liber Abac·1202,亦译作《算盘书》)。
斐波那契数列斐波那契数列斐波纳契数列,又称黄金分割数列,指的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、……在数学上,斐波纳契数列以如下被以递归的方法定义:F0=0,F1=1,Fn=F(n-1)+F(n-2)(n>=2,n∈N*)在现代物理、准晶体结构、化学等领域,斐波纳契数列都有直接的应用,为此,美国数学会从1960年代起出版了《斐波纳契数列》季刊,专门刊载这方面的研究成果。
定义斐波那契数列指的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、34……这个数列从第三项开始,每一项都等于前两项之和。
斐波那契数列的发明者,是意大利数学家列昂纳多〃斐波那契(Leonardo Fibonacci),自然中的斐波那契数列生于公元1170年,卒于1240年,籍贯是比萨。
他被人称作“比萨的列昂纳多”。
1202年,他撰写了《珠算原理》(Liber Abacci)一书。
他是第一个研究了印度和阿拉伯数学理论的欧洲人。
他的父亲被比萨的一家商业团体聘任为外交领事,派驻地点相当于今日的阿尔及利亚地区,列昂纳多因此得以在一个阿拉伯老师的指导下研究数学。
他还曾在埃及、叙利亚、希腊、西西里和普罗旺斯研究数学。
通项公式递推公式斐波那契数列:1、1、2、3、5、8、13、21、……如果设F(n)为该数列的第n项(n∈N+)。
那么这句话可以写成如下形式:F(1) = 1,F(2)=1,F(n)=F(n-1)+F(n-2) (n≥3),显然这是一个线性递推数列。
通项公式斐波那契数列通项公式(见上图)(又叫“比内公式”,是用无理数表示有理数的一个范例。
)注:此时a1=1,a2=1,an=a(n-1)+a(n-2)(n>=3,n∈N*)通项公式的推导方法一:利用特征方程(线性代数解法)线性递推数列的特征方程为:X^2=X+1解得X1=(1+√5)/2,,X2=(1-√5)/2。
则F(n)=C1*X1^n + C2*X2^n。
斐波那契数列与黄金分割关系黄金分割是我们在生活中接触得比较多的数学美学问题,有了它生活的色彩就更显多彩:建筑师们早就懂得使用黄金分割比了.在公元前3000年建成的埃及法老胡夫的金字塔和公元前432年建成的雅典帕特农神庙就采用了这个神奇之比,因此它的整个结构以及它与外界的配合是那样的和谐美观.我们现在的窗户大小,一般都按黄金分割比制成.在艺术领域里更是神奇.众所周知的维纳斯女神像,她优美的身段可说是完美无缺,而她上下身的比正是黄金分割比.芭蕾舞演员顶起脚尖,正是为了使人体的上下身之比更符合黄金比.在1483年左右完成的"圣久劳姆"画,作画的外框长方形也符合这个出色的黄金分割比.像二胡,提琴这样的弦乐器,当乐师们把它们的码子放在黄金分割比的分点上时,乐器发出的声音是最动人美丽的."黄金比"的精确值是0.61803398874989484820458683436564 学习过一元二次方程的同学都会解方程x^2-x-1=0,它的一个正根是.这个数就是黄金分割比.数列前项比后项与黄金分割的差的绝对值1 1.000000000000000000 0.3819660112501051522 0.500000000000000000 0.1180339887498948483 0.666666666666666667 0.0486326779167718195 0.600000000000000000 0.0180339887498948488 0.625000000000000000 0.00696601125010515213 0.615384615384615385 0.00264937336527946421 0.619047619047619048 0.00101363029772419934 0.617647058823529412 0.00038692992636543655 0.618181818181818182 0.00014782943192333489 0.617977528089887640 0.000056460660007208144 0.618055555555555556 0.000021566805660707233 0.618025751072961373 0.000008237676933475377 0.618037135278514589 0.000003146528619741610 0.618032786885245902 0.000001201864648947987 0.618034447821681864 0.0000004590717870161597 0.618033813400125235 0.0000001753497696132584 0.618034055727554180 0.0000000669776593314181 0.618033963166706530 0.0000000255831883196765 0.618033998521803400 0.00000000977190855210946 0.618033985017357939 0.00000000373253690917711 0.618033990175597087 0.00000000142570223828657 0.618033988205325051 0.00000000054456979746368 0.618033988957902001 0.00000000020800715375025 0.618033988670443186 0.000000000079451663121393 0.618033988780242683 0.000000000030347835196418 0.618033988738303007 0.000000000011591841317811 0.618033988754322538 0.000000000004427689514229 0.618033988748203621 0.000000000001691227832040 0.618033988750540839 0.0000000000006459911346269 0.618033988749648102 0.0000000000002467472178309 0.618033988749989097 0.0000000000000942493524578 0.618033988749858848 0.0000000000000360005702887 0.618033988749908599 0.0000000000000137519227465 0.618033988749889596 0.00000000000000525214930352 0.618033988749896854 0.00000000000000200624157817 0.618033988749894082 0.00000000000000076639088169 0.618033988749895141 0.00000000000000029363245986 0.618033988749894736 0.000000000000000112102334155 0.618033988749894891 0.000000000000000043165580141 0.618033988749894832 0.000000000000000016267914296 0.618033988749894854 0.000000000000000006433494437 0.618033988749894846 0.000000000000000002发现规律没有?奇数项与偶数项的比值大于黄金分割数,偶数项与奇数项的比值小于黄金分割数An/(An+1)当n趋向于无穷大时等于黄金分割比好象还可以证明。