当美与数学相遇时——欣赏我们身边的12个迷人之数( 三 )



很多增长过程的问题都可以用指数函数 e^x 来模拟,并且这里还有个很重要的性质——它与自身的导数恒等 。
就这个性质下面是一个相关的数学小幽默图片:

当美与数学相遇时——欣赏我们身边的12个迷人之数

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6. 斐波纳契数
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提到历史上比萨的列奥纳多这位人物,或许很多人都不晓得,不过如要说起他的外号就是斐波那契,那多数人肯定听说过 。而排名第六位的斐波那契数也因这位数学家的外号而闻名世界 。
1202 年,斐波那契在所著《计算之书》研究了兔子繁衍成长率的问题,他用简单的加法技巧创造了世界上最有趣的数列之一 。顺便说下,他还将现代数的书写方式和位值表示法通过著书引入欧洲,这绝对也是非常重要的贡献了 。
公平地讲,现在有证据表明早在 6 世纪印度数学家在斐波那契之前就知道这个数列,但我们仍然按照主流说法讨论,继续称之为斐波那契数列吧 。
斐波那契数简单地由满足下面这个简单的递归方程构成,并生成下面这个趋于无穷大的数列:

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这个数列最美的地方在于它与自然界存在着紧密的联系 。举个例子,人们可以在向日葵花盘能看到它的身影,也可以在雏菊花瓣观察到它的踪迹,以及小蜜蜂的筑巢,等等等等……,它似乎大自然最深处的秘密里处处隐现 。
如果来观察数列中相邻的 2 个数,当趋近无穷时,它们的比值(x_n / x_(n-1))会越来越接近 1.61803398,也就是我们常说的黄金比例,我们会在后面再单独讨论这个美丽的数 。

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5. 数字 23许多人都看过这样的一部电影:金?凯瑞主演的《灵数23》 。男主自从读过一本带有数字 23 的书,他似乎就被数字 23 缠上了 。奇怪的是这个数字和他生活中很多事情似乎有神秘联系,影片中这个数字这似乎是通灵的完美例子 。
而在数学里,有个与一般直觉相抵的生日问题 。它指的是只要有23人,这群人里有两人同一天生日的机率就会大于50% 。
如果有怀疑的话,不妨动手来一起算下 。求出至少两人生日相同,重点在于算出每个人生日都不同的概率 。

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其中 p'(n) 就表示 n 个人中,每个人的生日日期都不同的概率 。

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计算可得,当 n=23 发生的概率大约是 0.507 。顺便提一下,如果总共有 70 个人概率就会高达 99% 。
4. Pi(π) 与 Tau(τ)数学中最耀眼的明星阵营里必有圆周率的身影,人人都认识这个数 。它是圆的周长与直径之比,如果画一个直径为 1 的圆,它的周长就等于 3.14159… 。人们把这个无限不循环小数用字母 π 表示 。
暂时不管这个中学时期的概念,先来看看下面这两个有关 π 的事实:
  • 它的小数部分是无限不循环的 。
  • 我们都知道 π 的近似值是 22/7,但我们没法给出一个分数精准的描述 π,因为它是一个无理数 。
那么为什么还要提 τ 呢?τ 被称为圆常数,其值为圆的周长与半径之比 。一些数学家支持用 τ 来代替 2π,也就圆的周长与半径之比 。因为很多问题中 2π 频频出现,这样做能更便于计算和表达跟圆有关的问题 。
3. 欧拉恒等式这就是为什么我在标题中用了"美"这个词 。难以想象,数学中一些最美丽的概念,竟然有这么简洁的形式 。先来回顾一下之前提到的的概念:
  • 自然对数函数的底数 e 。
  • 虚数单位 i 。
  • 圆周率 π
上面这三个数就可以组合成下面这个方程,并得出 -1 这个简单结果 。
【当美与数学相遇时——欣赏我们身边的12个迷人之数】
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怎么从这三个数学常数得到 -1 的呢?正如前面介绍那样是 i 拥有了把 2 变成 -1 的力量 。欧拉恒等式是欧拉公式的一种特殊形式,后者如下所示:

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