它們才是真正的數(shù)學(xué)家 尋找自然界中的數(shù)學(xué)

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中數(shù)學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

為什么一片葉子,總能精確的分成兩瓣?各種花的花瓣成完美星形?貝殼和松果的螺旋形生長模式?其實數(shù)學(xué)就在我們身邊。其實生活中就是有很多的數(shù)學(xué)家,例如貓:為什么在寒冷的冬天,貓睡覺時總要把身體抱成一個球形?這其間也有數(shù)學(xué),(因為球形使身體的表面積最小,這樣身體露在冷空氣中的表面積最小,因而散發(fā)的熱量也最少。)其實我們身邊有很多資源,可以幫助大家學(xué)習(xí),哪怕是數(shù)學(xué)。

其實如果家長有時間,可以引導(dǎo)孩子查資料以這個為主題,做親子游戲:看看數(shù)學(xué)界到底有多少數(shù)學(xué)高手。編輯先透露一下,蜘蛛,螞蟻,丹頂鶴,老鷹,壁虎,鼴鼠,蛇之類的都是數(shù)學(xué)高手哦,然后做成冊子。因為在這個過程中,孩子可以通過查找資料學(xué)習(xí)到更多的數(shù)學(xué)知識,也可以培養(yǎng)數(shù)學(xué)興趣,擴大視野。

螞蟻---"計算專家"。螞蟻堪稱是動物世界中的數(shù)學(xué)奇才。因為它除了擁有計算能力還精通幾何學(xué)。以前我們總覺得螞蟻在尋找食物時,總是能夠找到通往食物的最短路線是很神奇的事情。其實螞蟻是運用了兩個技巧找到回家的路??視覺標(biāo)志和氣味蹤跡。

例如螞蟻總英國科學(xué)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(dāng)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!

突尼斯的沙漠螞蟻--數(shù)學(xué)奇才

突尼斯斯經(jīng)常會吹海風(fēng),也沒有巖石等可以給螞蟻提供視覺標(biāo)志,但是動物是奇特的,它們會"路徑整合"。

根據(jù)螞蟻導(dǎo)航研究人員馬丁?穆勒和呂迪格?韋納的研究,沙漠螞蟻"能夠不斷計算其當(dāng)前位置到之前位置的軌跡,根據(jù)這樣的計算結(jié)果,它們在返回時不會'重走回頭路',而是在現(xiàn)場和起點間連上一條直線。"

不可思議!這是怎么實現(xiàn)的?原來這里的螞蟻有看太陽的習(xí)慣,通過計算其路徑的角度相對于太陽的位置來確定自己走的方向。而螞蟻的這些計算,是在僅僅由25萬個神經(jīng)元組成的神經(jīng)系統(tǒng)里完成的,而人的神經(jīng)系統(tǒng)可是差不多有850億個神經(jīng)元啊!

蜘蛛--"幾何專家"

蜘蛛是個幾何專家,蜘蛛結(jié)的"八卦"網(wǎng),既復(fù)雜又非常美麗,這種八角形的幾何圖案,既使木工師傅用直尺和圓規(guī)也難畫得如蜘蛛網(wǎng)那樣勻稱。當(dāng)對這個美麗的結(jié)構(gòu)用數(shù)學(xué)方法進行分析時,出現(xiàn)在蜘蛛網(wǎng)上的概念真是驚人??半徑、弦、平行線段、三角形、全等對應(yīng)角、對數(shù)螺線、懸鏈線和超越線。

珊瑚蟲--"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條環(huán)紋,一天"畫"一條。生物學(xué)家發(fā)現(xiàn),3.5億年前的珊瑚蟲每年"畫"出400條環(huán)紋,天文學(xué)家告訴我們,當(dāng)時的地球晝夜只有21.9小時,一年不是365天,而是400天。

其它動物界中的數(shù)學(xué)奇才

蜜蜂的蜂房是嚴(yán)格的六角柱狀體,它的一端是平整的六角形開口,另一端是封閉的六角菱錐形的底,由三個相同的菱形組成。組成底盤的菱形的鈍角為109度28分,所有的銳角為70度32分,這樣既堅固又省料。蜂房的巢壁厚0.073毫米,誤差極小。令人類建筑師驚嘆不已!同時,令人驚奇的是,蜜蜂還"知道"兩點間的最短距離是一條直線。工蜂在花間隨意來去而采集到大量花蜜后,它知道取最直接的路線回到蜂房。

丹頂鶴總是成群結(jié)隊遷飛,而且排成"人"字形,角度也永遠(yuǎn)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(xué)們以后去研究。

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?fù)湎颢C物。

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(xué)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(biāo)固定下來,并以開始點為坐標(biāo)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。

當(dāng)然也有很多植物是數(shù)學(xué)家哦!大家找一下吧!例如文中圖片的第一張??羅馬花椰菜。表面由許多螺旋形的小花所組成,小花以花球中心為對稱軸成對排列,是著名的幾何模型。它以一種特定的指數(shù)式螺旋結(jié)構(gòu)生長,而且所有部位都是相似體,這與傳統(tǒng)幾何中不規(guī)則碎片形所包含的簡單數(shù)學(xué)原理相似!


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