大自然中的數(shù)學PPT課件

1、1,數(shù)學與自然,2,你有沒有觀察過一片葉子，對它為什么能夠精確地分成兩半而感到奇怪？你有沒有注意到各種花的花瓣生成的完美造型？你有沒有注意到某些貝殼和松果的螺旋形生長模式？面對奇跡紛呈的自然界，我們中的大多數(shù)人往往認為數(shù)學只是人類的專利，其實自然界中也存在許多名不見經(jīng)傳的“數(shù)學家,3,貓和蜘蛛是“幾何專家”。在寒冷的冬天，貓睡覺時要把身體抱成一個球形。這樣，身體露在冷空氣中的表面積最小，因而散失的熱量也最少。蜘蛛結(jié)的“八卦”網(wǎng)，既復雜又非常美麗。這種八角形的幾何圖案，即使木工師傅用直尺和圓規(guī)也難畫得那樣勻稱,4,珊瑚蟲是“代數(shù)天才”。它在自己身上記下“日歷”，每年在體壁上“刻畫”出 365 條

2、環(huán)紋，一天“畫”一條。古生物學家發(fā)現(xiàn)，三億五千年前的珊瑚蟲每年“畫”出 400 幅水彩畫。天文學家告訴我們，當時一晝夜只有 21.9 小時，一年不是 365 天，而是 400 天,5,螺線的特性要通過與圓的比較才能有深刻的感受繞圓一周的距離(即周長)是有限的圓還是一條封閉的曲線，圓上的所有點都跟圓心等距離而另一方面，螺線卻有一個始點，而且圍著它不斷地繞下去，其長度是無限的它是一條開放性的曲線，始點與終點不連接在一起螺線上的點也不像圓那樣與它的極點(始點)等距離 螺線有二維和三維之分右圖是一個平面二維螺線的優(yōu)秀例子它不是由分離的同心圓形成的，而是由單純的溝漕構(gòu)成的當螺線圍著像圓柱或圓錐那樣的物體

3、纏繞時便形成了空間的三維螺線，就像DNA分子、螺絲釘或螺絲錐那樣三維螺線我們又稱螺旋 螺線是一種令人興奮的曲線，無論是從數(shù)學上加以研究，還是在自然現(xiàn)象的生成中和其他領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)它的蹤影及其聯(lián)系這些領(lǐng)域包括：有蔓植物、貝殼、旋風、颶風、骨的構(gòu)造、旋渦、銀河系、蜘蛛網(wǎng)、建筑和藝術(shù)圖案等,6,螞蟻是“計算專家”。英國科學家興斯頓作過一個有趣的實驗，他把一只死蚱蜢切成三塊，第二塊比第一塊大一倍，第三塊比第二塊大一倍，當螞蟻發(fā)現(xiàn)這食物40分鐘后，聚集在最小的一塊蚱蜢旁的螞蟻有28只，第二塊44只，第三塊89只，后一組較前一組差不多多一倍。螞蟻的計算本領(lǐng)如此精確，令人驚奇！不僅如此，螞蟻們在尋找食物時，總是

4、能夠找到通往食物的最短路線,7,丹頂鶴總是成群結(jié)隊遷飛，而且排成“人”字形，角度也永遠是110度，更精確的計算還表明“人”字夾角的一半，即每邊與鶴群前進的夾角度數(shù)54度44分8秒；而金剛石結(jié)晶體的角度也正好是54度44分8秒！是巧合還是大自然的某種“默契”，這個問題留給同學們以后去研究,8,向日葵果盤中的種子、仙人掌的刺，以及松果的外表面，全都是按照旋轉(zhuǎn)螺旋樣式生長的。除了它們復雜的美麗之外，這些植物在生長中所展示出來的數(shù)學模式，也是科學家們一直不斷嘗試弄清楚的秘密。 有很多植物都具備這種螺旋樣式，在葉子里、種子里或者其他結(jié)構(gòu)中，都遵循稱為黃金角度的方向進行下一步的生長。這里我們說的黃金角度大

5、約是137.5,9,科學家又發(fā)現(xiàn)，植物的花瓣、萼片、果實的數(shù)目以及其他方面的特征，都非常吻合于一個奇特的數(shù)列著名的斐波那契數(shù)列：1、2、3、5、8、13、21、34、55、89其中，從3開始，每一個數(shù)字都是前二項之和。 向日葵種子的排列方式，就是一種典型的數(shù)學模式。仔細觀察向日葵花盤，你會發(fā)現(xiàn)兩組螺旋線，一組順時針方向盤繞，另一組則逆時針方向盤繞，并且彼此相嵌。雖然不同的向日葵品種中，種子順、逆時針方向和螺旋線的數(shù)量有所不同，但往往不會超出34和55、55和89或者89和144這三組數(shù)字，這每組數(shù)字都是斐波那契數(shù)列中相鄰的兩個數(shù)。前一個數(shù)字是順時針盤繞的線數(shù)，后一個數(shù)字是逆時針盤繞的線數(shù)。 雛

6、菊的花盤也有類似的數(shù)學模式，只不過數(shù)字略小一些。菠蘿果實上的菱形鱗片，一行行排列起來，8行向左傾斜，13行向右傾斜。挪威云杉的球果在一個方向上有3行鱗片，在另一個方向上有5行鱗片。常見的落葉松是一種針葉樹，其松果上的鱗片在兩個方向上各排成5行和8行，美國松的松果鱗片則在兩個方向上各排成3行和5行,10,鷹類從空中俯沖下來獵取地上的小動物時，常常采取一個最好的角度出其不意地撲向獵物,11,壁虎在捕食蚊、蠅、蛾等小昆蟲時，總沿著一條螺旋形曲線爬行，這條曲線，數(shù)學上稱為“螺旋線”。 切葉蜂用大腭剪下的每片圓形葉片，像模子沖出來似的，大小完全一樣 鼴鼠“瞎子”在地下挖掘隧道時，總是沿著90轉(zhuǎn)彎。 蛇在爬行時，走的是一個正弦函數(shù)圖形。它的脊椎像火車一樣，是一節(jié)一節(jié)連接起來的，節(jié)與節(jié)之間有較大的活動余地。如果把每一節(jié)的平面坐標固定下來，并以開始點為坐標原點，就會發(fā)現(xiàn)蛇是按著30度、60度和90度的正弦函數(shù)曲線有規(guī)律地運動的,12,結(jié)語,數(shù)學與大自然級密不可分的，也是與我們的生活緊密聯(lián)系在一起的。我們從自