
我们所听闻的许多撼动人心的神话,或许起源于一个真实的故事,它在历史的某个时刻被真实演绎过,但在世代的传颂中,逐渐被染上了传奇的色彩,真相则在流传中被逐渐遗忘。神话之所以能长久地在人们心中留存并演化,或许是因为它们承载着一些隐藏的真理,能够满足人类在心灵上的某些需求。
在数学领域,以严谨逻辑著称的数学理论似乎与神话对立,但有时,一些数学真理也会以“神话”般的形式进入公众视野。今天我们要探讨的,就是数学中的一则“神话”——黄金比例(黄金分割率)。
何为黄金比例?
黄金比例是一个神奇的常数,我们通常用希腊字母φ来表示。它在许多文学和艺术作品中频频出现,比如小说和电影《达芬奇密码》就有这个神秘数字的踪迹。之所以说它神秘,是因为与其他数学概念相比,黄金比例似乎拥有更多的“神话”色彩:它被视为自然界所有美丽图案的基础,也是许多艺术作品和建筑物的设计根基,如希腊的帕特农神庙和埃及的金字塔。
黄金比例最早出现在欧几里得的著作《几何原本》中,其定义为:a / b = φ,且 (a + b) / a = φ。对这个方程进行求解,就可以得到黄金比例的值,它是一个无理数,约等于1.61803。这是一个非常重要的性质。
黄金比例不仅存在于理论之中,也在实践中有所体现。比如,我们可以根据黄金比例画出所谓的黄金矩形。首先画出一个边长为a的正方形,然后取其中一条边的中点,以该中点为圆心、中点到对边的一个顶点为半径画圆。延长原来的边与圆弧相交,得到的矩形便是黄金矩形。黄金比例φ还可以通过正五边形进行表达:正五边形的对角线长度即为黄金比例φ的值。这个黄金三角形在五重对称的研究中扮演了重要角色。比如五角星就是由五个黄金三角形构成的。
除了几何表达外,黄金比例还与斐波那契数列有着紧密的联系。斐波那契数列中的每一项都是前两项之和,这个数列在理解人口增长方面有着重要作用。开普勒最早发现了斐波那契数列与黄金比例之间的关联:如果取这个数列中的两两相连的数字之比(后一项比前一项),得到的比值就可以形成新的数列,而这个数列最终会收敛到黄金比例的值。
“被神化”的黄金比例其实只是数学中的一个有趣数字,它的奇特性质吸引了一些数学家的关注,而在公众眼中,它的神秘色彩被提升到了一个不恰当的位置。在数学界看来,还有其他更重要的常数如√2、√3以及π和e等,它们在数学世界和现实世界中的重要性不言而喻。相比之下,φ的应用场景似乎要少得多。但在普及数学时,φ所享有的“荣耀”却远超过这些宇宙核心数字。这并不是说φ不重要(我们会在后文探讨黄金比例的真正神奇之处),只是它在数学和科学中的角色与传说中的有所不同。
为什么φ在大众媒体上会获得如此显赫的地位呢?可能就像所有神话的流传一样,关于φ的神话色彩早已在历史的长河中遗失了原始的意义和起源。但可以肯定的是,它在自然界和艺术中的广泛应用以及其在美学上的吸引力是其主要原因。例如,在太阳花的螺旋排列中、在蜂箱中雄蜂与雌蜂的数量分布中,都可以观察到与黄金比例密切相关的现象。人们还常常认为完美的比例、脸型等与φ有关,尽管这种联系可能只是人们的错觉或者假相关。
“黄金螺旋”这一概念也存在一些误导性的理解。很多地方将螺旋形状与黄金比例紧密联系在一起,但实际上真正的黄金螺旋并不存在。它由一系列的圆弧构成,从一个弧过渡到另一个弧时,螺旋的曲率会出现跳跃,这在自然界中是不可能出现的自然现象。与之相比,“鹦鹉螺的壳是一种对数螺线”更为贴切地描述了自然界中的螺旋形状。这种自相似性能使它在不改变形状的情况下生长的特点让人们对黄金比例的对称性和自然美有所感受但也仅仅是停留在表面的联想罢了并不能作为事实来看待数学的美需要我们理性探索和验证当我们理性看待的时候就会发现并非所有的神奇传说都符合真实逻辑我们要擦亮眼睛甄别背后的真相不轻易相信谣言或是无法找到理论支撑的才是捍卫数学最好的方法同样在生活中对待数学问题的探究亦是如此不妨一起接着深挖关于这个被称为神的馈赠的无理数还有其他的怎样的深刻的故事感兴趣的同学可以去了解著名的数学问题关于分形艺术之美与其间的神秘联系这也是本文想传达的理念:让我们带着好奇心去探索数学的奥秘去揭开更多未被发现的神奇故事吧!
