动物中的数学天才

2020-04-29 综合 133阅读
达尔文说:“蜂房的精巧构造十分符合需要,如果一个人所致蜂房而不倍加赞扬,那他一定是个糊涂虫。”

人们把蜂房誉为自然界的奇异的建筑。

华罗庚对蜂房作过十分形象的描绘:“如果把蜜峰放大为人体的大小,蜂箱就成为一个二十公顷的密集市镇。当一道微弱的光线从这个市镇的一边射来时,人们可以看到是一排排五十层高的建筑物。在每一排建筑物上,整整齐齐地排列着簿墙围成的成千上万个正六角形的蜂房。”

大约在公元300年左右,古希腊数学家帕波斯在其编写的《数学汇编》一书中对蜂房的结构,作过精彩的描写:蜂房是由许许多多的正六棱柱,一个挨着一个,紧密地排列,蹭没有一点空隙……蜜蜂凭着自己本能的智慧选择了正六边形,因为使用同样多的原材料,正六边形具有最大的面积,从而可贮藏更多的蜂蜜。”

进一步的观察发现,每个正六角形的蜂房的底部,都是由完全相同的菱形组成的。十八世纪初的法国学者马拉尔迪指出蜂房底部菱形的钝角是,锐角是。另一位法国科学家雷奥米尔作出一个猜想,他认为用这样的角度来建造蜂房,在相同的容积下最节省材料。后来他向一位瑞士数学家柯尼希请教,他证实了其猜测。但计算的结果是,与猜想的数值只有两分之差。人们觉得蜜蜂的这一小点误差是完全可以原谅的,对于人类来说,这也是一个非同寻常的数学难题啊。然而,事情并没有完结。颇具戏剧性的是,在1743年,苏格兰数学家马克劳林,用初等几何方法,得到最省材料的来得蜂房底部菱形钝角为,锐角为。与猜想值完全相同。那两分的误差,竟然不是蜜蜂不准,而是数学家柯尼希算错了。于是“蜜蜂正确而数学家错误”的说法便不胫而走。后来才发现也不是柯尼希的错,原来是他所用的对数表印错了。

用初等数学可以证明,蜂房那样的尖顶六棱柱是在相同容积下,最省原材料的结构。这样构成的整体,“刚性”较好。这恰说明了生物与环境的关系的统一性。

蜜蜂是怎样会造出这样的角度来的呢?
帕波斯认为是出于一种“几何的深谋远虑”,其实这只是动物的一种本能。
对于蜜蜂的数学才华,不由得我们不发出由衷的赞叹。
蜘蛛结的“八卦”形网,是既复杂又美丽的八角形几何图案,人们即使用直尺的圆规也很难画出像蜘蛛网那样匀称的图案。
丹顶鹤总是成群结队迁飞,而且排成“人”字形。“人”字形的角度是110度。更精确地计算还表明“人”字形夹角的一半——即每边与鹤群前进方向的夹角为54度44分8秒!而金刚石结晶体的角度正好也是54度44分8秒!是巧合还是某种大自然的“默契”?
而金刚石结晶体的角度也是这样大
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