小学数学故事:序列的起源

很久很久以前,有一个贫穷的单身汉,他只知道如何懒洋洋地吃饭和做事,拒绝现实地做事,经常梦想赚钱。一天,他在路边发现了一个鸡蛋。他非常开心。抱着鸡蛋,他开始在心里想:“我借别人的母鸡把这个鸡蛋孵成小鸡。当小鸡长大了,我可以下蛋了。我可以把鸡蛋孵化成小鸡。这些鸡能产更多的蛋,蛋能变成更多的鸡。几年后,我可以用鸡蛋和鸡换很多钱。然后我可以盖一栋新房子,娶一个漂亮的媳妇生孩子……”他越想越开心。他忍不住欢欣雀跃。懒汉看着打碎的鸡蛋,大声喊道:“哦,我的宝贝!我的房子!……”

上面的笑话流传已久,对我们有很大的教育意义。然而,恐怕没有人认真计算过:如果鸡蛋没有被打破,几年后这个懒汉会有多少鸡和鸡蛋?然而,在公元1202年,意大利比萨商人斐波那契(约1170-1250?)在他的《算盘》一书中(这里的“算盘”指的是沙盘计算),他提出了一个“养兔问题”,但无数人已经计算过了。这个问题说:

有人买回了一对兔子,一个月后兔子变成了大兔子。又过了一个月,大兔子生了一对小兔子。此后,每对大兔子每个月都会生一对小兔子。一个月后,小兔子长成了大兔子。按照这个速度,这个人一年会有多少对兔子?

你能想出来吗?恐怕许多学生已经读完了这些问题,并很快找到了答案。但是我不能保证,是吗?老实说,要正确计算这个问题并不容易,但是需要小心谨慎地计算。

通常你可以做一张表来计算这个问题:

填写几行后,您可以得出几个结论:

(1)每月大兔子的数量是上月兔子的总数。(因为上个月的兔子在这个月成长为大兔子)

(2)每月兔子的数量是上个月大兔子的数量。(因为上个月大兔子这个月必须要有一对小兔子,上个月小兔子长成了大兔子,但是没有兔子。每月兔子的数量是上个月兔子的总数。

(3)每月兔子总数是当月大小兔子的总数。根据(1)和(2),每个月的兔子数量等于前一个月和前一个月的兔子数量之和。

如果第n个月的兔子数量是fn,则有

f0+f1=f2,f1+f2=f3,f2+f3=f4……

一般来说,有fn-2+fn-1=fn。按照这个规则,填写这张表格很容易。

你看,养一对兔子会在一年内变成一个养兔场。

根据这条规则,兔子的数量可以一直记下来:

1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,...

结果列被称为斐波那契序列。

波兰数学家斯坦豪斯在其著名的著作《数学万花筒》中提出了一个问题:

一年后,一棵树会长出新的枝条,一年后新的枝条会变成老的枝条,老的枝条每年都会长出新的枝条。如果这种情况继续下去,十年内会有多少新的分支机构?

这恰好是斐波那契数。

人们从“斐济”数字中得到许多有用和有趣的结果。例如,“斐济”数与黄金分割(0.618)之间的关系至今仍在优化方法和运输调度理论中发挥着基础性作用。另一个例子是向日葵种植者在向日葵种子分布规律上发现的“斐济”数,甚至在许多植物的花瓣和叶子序列上发现的“斐济”数,形成了尚未解开的“叶子序列之谜”。可以看出,“兔子问题”揭示了自然界的普遍奥秘。