在毕达哥拉斯发现了黄金分割比的1000年以后,意大利数学家斐波那契也创造了一个神奇的东西。这个东西,现在我们把它叫做“斐波那契数列”。
斐波那契在他的《算盘书》里提出这样一个问题:
如果一开始有一对兔子,它们每月生育一对兔子,小兔在出生后一个月又开始生育且繁殖情况与最初的那对兔子一样,那么一年后有多少对兔子?

问题的答案实际上排了一个数列:1、2、3、5、8、13……这个数列揭开了大自然隐秘世界的一角。这个数列不是随便写的,它是有规则的,从第二个数字开端,2是1加1,是第一个数字的倍数:3是1加2,是第一个和第二个数字的合;5是2加3;8是3加5……也便是每一个数字都是它前面两个数字之和,一直往下排,由此得到的这个数列就叫斐波那契数列。

很多人可能没有注意到,这个数列有两个非常显著的特点:
(1)第一个是整数数列的通项,居然含有无理数;
(2)第二个是前一项与后一项的比,当n越来越大时,比值越来越接近黄金分割比。
所以在有些时候,人们也会把2:3,3:5,5:8这样的比例称为黄金比例。
斐波那契数列在美学上有一个重要的应用,叫做斐波那契螺线,也叫黄金螺线。将两个边长为1的正方形上下并列,在它们的一侧在画一个边长为2的正方形。然后按照这个一定的顺序,比如逆时针顺序,再画一个与他们相邻的边长为3的正方形…以此类推。然后在每一个正方形里面,以边长为半径,以相对的两个顶点为起始点做圆弧。

这些圆弧首尾相接,就形成了斐波那契螺旋。
这个螺旋曲线是不是有点似曾相识的感觉?我们来看几张图片。




黄金螺线因为暗含了黄金比例,所以天然地营造出了一种和谐的美感。也因此黄金螺线被大量的应用在了摄影作品和影视作品。比如2014年有一部热播剧叫《琅琊榜》,里面的很多镜头都使用了这种手法。再比如很多获奖的照片,也都是用这种方法来搭配景物之间的位置关系。黄金螺线因为实在是太漂亮了,所以还引来了不少人来恶搞。






最后一张图片的玩法也很流行,广大的男士有机会不妨也拍这么一张照片发到朋友圈,绝对涨粉丝。
黄金螺线为什么在自然界中这么普遍呢?这也是一个众说纷纭的问题。今天我们来介绍一种比较站得住脚的说法。那就要说到黄金螺线的另外一个重要性质——等角性。

从黄金螺线的中心随意引出射线,这些射线与螺线的夹角都是相等的。
因为黄金螺线具有等角性,受环境影响,很多直线运动会转变为等角螺线运动。
我们以飞蛾扑火为例

亿万年来,夜晚活动的蛾子等昆虫都是靠月光和星光来导航,因为天体距离很远,这些光都是平行光,可以作为参照来做直线飞行。如下图所示,注意蛾子只要按照固定夹角飞行,就可以飞成直线,这样飞才最节省能量。

但是,假设一只飞蛾被一支蜡烛,或者一个灯泡这样的一个点光源吸引。由于本能的驱动,飞蛾按照等角形的规律飞行,就会不知不觉的越来越接近螺旋线的中心,最终被火光所吞灭。所以飞蛾补火,本质上不是伟大的爱情,而是飞蛾旅行中的悲剧。
好了,讲到这里基本上也差不多了。我们之前还说过圆周率π、自然对数的底数e和黄金分割比(包括黄金螺旋)。他们之间有什么关系没有呢?
我们知道指数函数在直角坐标系中的图像是一个逐渐上升的曲线。如果把我们指数函数的图像画在一个极坐标中,猜猜我们会看到什么?

在极坐标系中画出指数函数^的图像, 产生了对数螺线(黄金螺线)
太美了,再放几张图

17世纪Johannes Vermeer的画作

著名的《蒙娜丽莎》

《神探夏洛特》剧照

耍赖的喵星人
是不是都很美?了解点数学,以后去博物馆、美术馆、或者陪爱人看剧,不仅能欣赏剧情,还能说出里面的数学原理,绝对拉风。