science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe worden Fibonacci-getallen uitgedrukt in de natuur?

De Fibonacci-reeks zweeft over de Atlantische kust onder ons eigen spiraalstelsel, De melkweg, naar het zuiden. shaunl/Getty Images

Is er een magische vergelijking met het universum? Waarschijnlijk niet, maar er zijn enkele vrij veel voorkomende die we keer op keer in de natuurlijke wereld vinden. Nemen, bijvoorbeeld, de Fibonacci-getallen - een reeks getallen en een bijbehorende verhouding die verschillende patronen in de natuur weerspiegelt, van de werveling van de zaden van een dennenappel tot de welving van een nautilusschelp tot de draaiing van een orkaan.

Mensen weten waarschijnlijk al millennia van deze numerieke reeks af - hij is te vinden in oude Sanskrietteksten - maar in de moderne tijd hebben we hem in verband gebracht met de obsessie van een middeleeuwse man met konijnen.

in 1202, Italiaanse wiskundige Leonardo Pisano (ook bekend als Fibonacci , wat "zoon van Bonacci" betekent) overwoog de vraag:gegeven optimale omstandigheden, hoeveel paar konijnen kunnen er in één jaar uit een enkel paar konijnen worden geproduceerd? Dit gedachte-experiment dicteert dat de vrouwelijke konijnen altijd paren baren, en elk paar bestaat uit een mannetje en een vrouwtje [bron:Ghose].

Denk er eens over na:twee pasgeboren konijnen worden op een omheinde tuin geplaatst en achtergelaten om, goed, fokken als konijnen. Konijnen kunnen zich pas voortplanten als ze minstens 1 maand oud zijn, dus voor de eerste maand er blijft slechts één paar over. Aan het einde van de tweede maand, het vrouwtje baart, twee paar konijnen achterlatend. Wanneer maand drie rond rolt, het oorspronkelijke paar konijnen produceert nog een ander paar pasgeborenen terwijl hun eerdere nakomelingen volwassen worden. Hierdoor blijven er drie paar konijnen over, waarvan er twee de volgende maand nog twee paren zullen baren.

De volgorde gaat als volgt:1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144 en verder tot oneindig. De vergelijking die het beschrijft ziet er als volgt uit:Xn+2=Xn+1 + Xn. In principe, getal is de som van de vorige twee. Deze reeks getallen staat bekend als de Fibonacci-getallen of de Fibonacci-reeks . De verhouding tussen de getallen in de Fibonacci-reeks (1.6180339887498948482...) wordt vaak de gouden ratio of gouden nummer .

Wil je zien hoe deze fascinerende getallen in de natuur worden uitgedrukt? U hoeft niet naar uw plaatselijke dierenwinkel te gaan; je hoeft alleen maar om je heen te kijken.

De gulden snede in de natuur

Kijk eens goed naar deze Romeinse bloemkool. De spiraal volgt de Fibonacci-reeks. Tuomas A. Lehtinen/Getty Images

Terwijl sommige plantenzaden, bloemblaadjes en takken, enz. volg de Fibonacci-reeks, het weerspiegelt zeker niet hoe alle dingen in de natuurlijke wereld groeien. En alleen omdat een reeks getallen op een object kan worden toegepast, dat betekent niet noodzakelijkerwijs dat er een correlatie is tussen cijfers en de werkelijkheid. Net als bij numerologisch bijgeloof, zoals beroemde mensen die sterven in sets van drie, soms is toeval gewoon toeval.

Maar terwijl sommigen zouden beweren dat de prevalentie van de Fibonacci-getallen in de natuur overdreven is, ze verschijnen vaak genoeg om te bewijzen dat ze een aantal natuurlijk voorkomende patronen weerspiegelen. Je kunt deze vaak herkennen door de manier te bestuderen waarop verschillende planten groeien. Hier zijn een paar voorbeelden:

Zaadkoppen, dennenappels, fruit en groenten: Kijk naar de reeks zaden in het midden van een zonnebloem en je zult zien wat lijkt op spiraalpatronen die naar links en rechts buigen. wonderbaarlijk, als je deze spiralen meetelt, uw totaal zal een Fibonacci-getal zijn. Verdeel de spiralen in die naar links en rechts gericht en je krijgt twee opeenvolgende Fibonacci-nummers. Je kunt spiraalpatronen in dennenappels ontcijferen, ananassen en bloemkool die ook op deze manier de Fibonacci-reeks weerspiegelen [bron:Knott].

Bloemen en takken: Sommige planten drukken de Fibonacci-reeks uit in hun groei punten , de plaatsen waar takken zich vormen of splitsen. Eén stam groeit totdat hij een tak produceert, resulterend in twee groeipunten. De hoofdstam produceert dan een andere tak, resulterend in drie groeipunten. Dan produceren de stam en de eerste tak nog twee groeipunten, waardoor het totaal op vijf komt. Dit patroon zet zich voort, volgens de Fibonacci-getallen. Aanvullend, als je het aantal bloemblaadjes op een bloem telt, je zult vaak zien dat het totaal een van de getallen in de Fibonacci-reeks is. Bijvoorbeeld, lelies en irissen hebben drie bloembladen, boterbloemen en wilde rozen hebben er vijf, delphiniums hebben acht bloembladen, enzovoort.

honingbijen: Een honingbijkolonie bestaat uit een koningin, een paar drones en veel arbeiders. De vrouwelijke bijen (koninginnen en werksters) hebben allemaal twee ouders, een drone en een koningin. drones, anderzijds, uitkomen uit onbevruchte eieren. Dit betekent dat ze maar één ouder hebben. Daarom, Fibonacci-getallen drukken de stamboom van een drone uit doordat hij één ouder heeft, twee grootouders, drie overgrootouders enzovoort [bron:Knott].

De gulden snede wordt uitgedrukt in spiraalvormige schelpen. In de bovenstaande illustratie, groeigebieden van de schelp zijn in vierkanten in kaart gebracht. Als de twee kleinste vierkanten een breedte en hoogte hebben van 1, dan heeft onderstaande box een afmeting van 2. De andere boxen meten 3, 5, 8, 13, 21, enz. José Miguel Hernández/Getty Images

Stormen :Stormsystemen zoals orkanen en tornado's volgen vaak de Fibonacci-reeks. De volgende keer dat je een orkaan ziet draaien op de weerradar, bekijk de onmiskenbare Fibonacci-verhoudingen van de wolkenspiraal op het scherm.

Het menselijk lichaam: Kijk eens goed naar jezelf in de spiegel. Je zult merken dat de meeste van je lichaamsdelen de nummers één volgen, twee, drie en vijf. Je hebt één neus, twee ogen, drie segmenten aan elke ledemaat en vijf vingers aan elke hand. De verhoudingen en afmetingen van het menselijk lichaam kunnen ook worden onderverdeeld in termen van de gulden snede. DNA-moleculen volgen deze volgorde, meet 34 angstrom lang en 21 angstrom breed voor elke volledige cyclus van de dubbele helix.

Waarom weerspiegelen zoveel natuurlijke patronen de Fibonacci-reeks? Wetenschappers hebben eeuwenlang over de vraag nagedacht. In sommige gevallen, de correlatie kan gewoon toeval zijn. In andere situaties, de verhouding bestaat omdat dat specifieke groeipatroon zich als het meest effectief ontwikkelde. bij planten, dit kan maximale blootstelling betekenen voor lichthongerige bladeren of maximale zaadopstelling.

Waar er minder overeenstemming is, is of de Fibonacci-reeks wordt uitgedrukt in kunst en architectuur. Hoewel sommige boeken zeggen dat de Grote Piramide en het Parthenon (evenals enkele van Leonardo da Vinci's schilderijen) zijn ontworpen met behulp van de gulden snede, wanneer dit wordt getest, het blijkt niet waar te zijn [bron:Markowsky].

Oorspronkelijk gepubliceerd:24 juni, 2008

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

  • Hoe numerologie werkt
  • Hoe kwantumzelfmoord werkt
  • Heeft een surfer de theorie van alles ontdekt?
  • Is er een wiskundige formule voor het 'bierbril'-effect?
  • Volgt het Parthenon echt de gulden snede?

bronnen

  • Anderson, Mat, et al. "De Fibonacci-reeks." 1999. (14 juni, 2008) http://library.thinkquest.org/27890/main
  • "Fibonacci-getallen." Britannica online encyclopedie. 2008. (14 juni, 2008) http://www.britannica.com/eb/article-9034168/Fibonacci-numbers
  • "Fibonacci-getallen in de natuur." Wereld mysteries. (14 juni, 2008) http://www.world-mysteries.com/sci_17.htm
  • Caldwell, Chris. "Fibonacci-getallen." De top twintig. (14 juni, 2008) http://primes.utm.edu/top20/page.php?id=39
  • Ghose, Tia. "Wat is de Fibonacci-reeks?" 24 okt. 2018 (31 aug. 2021) https://www.livescience.com/37470-fibonacci-sequence.html
  • Maalkoren, Stan. "De verborgen structuur en Fibonacci-wiskunde." StanGrist.com. 2001. (14 juni, 2008) http://www.stangrist.com/fibonacci.htm
  • knoop, Ron. "Fibonacci-getallen in de natuur." Ron Knott's webpagina's over wiskunde. 28 maart 2008. (14 juni, 2008) http://www.mcs.surrey.ac.uk/Personal/R.Knott/Fibonacci/fibnat.html
  • Markowsky, George. "Misvattingen over de gulden snede." Het wiskundetijdschrift van de universiteit, Vol. 23, nr. 1. jan., 1992. (31 augustus, 2021) https://www.goldennumber.net/wp-content/uploads/George-Markowsky-Golden-Ratio-Misconceptions-MAA.pdf