Ciąg Fibonacciego i złota liczba Eryk Giefert kl. IIa

Ciąg liczbowy Fibonacciego Spośród wszystkich ciągów liczbowych, które występują, jeden jest szczególnie interesujący. Ciąg ten zawdzięcza swoją nazwę matematykowi z Pizy, Leonardowi, który pod nazwiskiem Fibonacci wydał w 1202 roku słynną księgę Liber Abaci. Ojciec Leonarda nosił przydomek Bonacci, stąd syn został Fibonaccim (filius Bonacci - syn dobrotliwego) Liczby naturalne tworzące ciąg o takiej własności, że kolejny wyraz (z wyjątkiem dwóch pierwszych) jest sumą dwóch poprzednich nazywa się liczbami Fibonacciego i pojawiają się w tak wielu sytuacjach, że wydaje się to niemożliwe.

Matematyczne podejście do ciągu Fibonacciego Ciąg Fibonacciego to ciąg liczb określony rekurencyjnie w sposób następujący: F0 = 0 F1 = 1 Fn = Fn-1 + Fn-2, dla n ≥ 2 Początkowe wartości tego ciągu to: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, ... Podstawowy ciąg liczb Fibonacciego to: 1, 1, 2, 3, 5, 8, ... Każda liczba w ciągu jest sumą dwóch poprzednich (poza pierwszą i drugą). Mamy więc do czynienia z ciągiem rekurencyjnym. Ciąg liczbowy Fibonacciego jest pierwszym ze znanych ciągów tego rodzaju.

Własności ciągu Fibonacciego 1. Każda liczba w ciągu jest sumą dwóch poprzednich (poza pierwszą i drugą). 2. W wyniku podzielenia każdej z liczb ciągu przez jej poprzednik otrzymuje się iloraz oscylujący wokół 1.618. w miarę zwiększania się liczb zmniejszają się odchylenia od tej wartości. Odwrotnością 1.618 jest 0.618. W związku z tym współczynnik każdej liczby ciągu podzielony przez liczbę następną oscyluje wokół 0.618. 3. Trzecia cecha ciągu polega na tym, że pomiędzy każdymi dwiema liczbami rozdzielonymi jedną liczbą występuje proporcja 2.618 oraz jej odwrotność, czyli 0.382. 4. Tę samą procedurę można powtórzyć dla liczb bardziej oddalonych od siebie. Na przykład dla liczb oddzielonych o trzy pozycje współczynniki wynoszą 4.236 i 0.236; liczby oddalone o cztery pozycje łączą proporcje wyrażone współczynnikiem 6,853 i 0.146.- zniesienia.

Ciekawostki dotyczące ciągu Fibonacciego Kilka początkowych wyrazów w ciągu Fibonacciego to liczby pierwsze: 2, 3, 5, 13, 89, 233, 1597, 28657, 514229. Otwarty pozostaje problem rozstrzygalności, czy liczb pierwszych w ciągu Fibonacciego jest nieskończenie wiele. Liczby Fibonacciego są sumami liczb z przekątnych w trójkącie Pascala.

Ciąg Fibonacciego a złota liczba Dzieląc każdą z liczb tego ciągu przez poprzednią otrzymujemy coraz lepsze przybliżenia złotej liczby: 3:2=1,5 5:3=1,(6) 8:5=1,6 13:8=1,625 … 89:55=1,61818… 144:89=1,61797… Wartość złotej liczby to 1.1680339887.....

Złoty podział Złoty podział (łac. sectio aurea), podział harmoniczny, złota proporcja, boska proporcja (łac. divina proportio) – podział odcinka na dwie części tak, by stosunek długości dłuższej z nich do krótszej był taki sam, jak całego odcinka do części dłuższej. Innymi słowy: długość dłuższej części ma być średnią geometryczną długości krótszej części i całego odcinka. Rysunek po prawej ilustruje ten związek geometrycznie. Aby podnieść złotą liczbę do kwadratu, wystarczy dodać do niej 1 Aby znaleźć odwrotność złotej liczby, wystarczy odjąć od niej 1.

Spirala Fibonacciego Najbardziej efektownym przejawem istnienia złotej proporcji w świecie zwierząt są zapewne muszle, których kształt układa się zgodnie z przebiegiem tzw. Spirali Fibonacciego. Aby matematycznie uzyskać taką spiralę należy przeprowadzić resekcję zgodnie ze złotym podziałem w dwóch wymiarach przestrzeni. Wyobraźmy sobie odcinek podzielony na dwa mniejsze w ten sposób, że mniejszy ma się tak do większego, jak większy do całości. Odcinek większy staje się bokiem kwadratu, który dorysowujemy, zaś odcinek mniejszy tworzy wraz z drugim bokiem tego kwadratu prostokąt. W efekcie otrzymujemy prostokąt, podzielony ma kwadrat i mniejszy prostokąt.

Spirala Fibonacciego Następnie dzielimy mniejszy prostokąt w identyczny sposób i postępujemy tak, aż do utraty rozdzielczości na kartce papieru. Teraz w każdym kwadracie zakreślamy ćwiartkę okręgu, o promieniu równym długości boku, a po połączeniu wszystkich ćwiartek otrzymujemy gotową spiralę. Przyglądając się tej spirali i muszli ślimaka, od razu zauważamy wyraźne podobieństwo. Złota spirala występuje w większości kształtów muszli ślimaków czy ostryg. Wszystko dlatego, że im są one większe tym szybciej rosną.

Ciąg Fibonacciego w przyrodzie Gdyby przyjrzeć się z bliska łuskom szyszki, ananasa, ziarnom na tarczy słonecznika czy kwiatom kalafiora – można zauważyć, że układają się spiralnie, a ich przyrost również podlega regułom słynnego ciągu – wystarczy policzyć liczbę prawo- i lewoskrętnych spiral – pestki słonecznika czy różyczki kalafiora ułożone są wzdłuż logarytmicznych krzywych, które grupami biegną w różnych kierunkach, na przykład 34 lewoskrętne i 55 prawoskrętnych. A 34 i 55 to nic innego, jak liczby Fibonacciego

Ciąg Fibonacciego w przyrodzie W przypadku słonecznika również jego ulistnienie podporządkowane jest ciągowi Fibonacciego – liście wyrastają wokół łodygi, w maksymalny sposób wykorzystując dostęp do światła i wody spływającej wzdłuż łodygi, czyli – gdybyśmy spojrzeli z góry – jeden drugiego nie zasłania, bowiem cechują się spiralną filotaksją (ulistnieniem), a liście układają się wzdłuż helisy – spirali okrążającej łodygę. Określa się ją, licząc obroty, a także odległości między liczbami – dla wielu roślin te liczby są liczbami Fibonacciego.

Ciąg Fibonacciego w przyrodzie Jeszcze jedną ciekawostką dotyczącą ciągu Leonarda z Pizy jest spirala Fibonacciego. Najlepszym jej przykładem w przyrodzie są muszle. Gdyby spojrzeć na muszlę łodzika (morskiego mięczaka) w przekroju: widać, że ułożona jest spiralnie i zbudowana z szeregu komór, z których każda następna jest większa od poprzedniej dokładnie o tyle, ile wynosi wielkość tej poprzedniej. Wynika to z faktu, że im są większe, tym szybciej rosną. Być może trudno uwierzyć, że układ muszli zgodny jest z jakimkolwiek ciągiem, ale wystarczy spojrzeć na graficzny obraz spirali Fibonacciego.

Bibliografia http://www.swiatmatematyki.pl/index.php?p=50 http://pl.wikipedia.org/wiki/Z%C5%82oty_podzia%C5%82 http://pl.wikipedia.org/wiki/Ci%C4%85g_Fibonacciego http://www.math.edu.pl/liczby-fibonacciego http://www.youtube.com/watch?v=M16GINf8A50