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看了這些自然界中的「數學家」,頓覺智商被碾壓……

數學是人類創造的一個學科。

如果有人對你說,

有許多動物也「精通數學」,

你一定會感到很奇怪。

事實上,

大自然中確實有許多奇妙的動物「數學家」。

「天才設計師」——蜜蜂

每天上午,當太陽升起與地平線成30°時,蜜蜂中的 「偵察員」就會肩負重託去偵察蜜源。回來後,用其特有的「舞蹈語言」向夥伴們報告花蜜的方位、距離和數量,於是蜂王便派工蜂去采蜜。令人嘖嘖稱奇的是,它們的計算能力非常之強,派出去的工蜂不多不少,恰好都能吃飽,保證回巢釀蜜。

此外,工蜂建造的蜂巢也十分奇妙,它是嚴格的六角柱形體。它的一端是六角形開口,另一端則是封閉的六角稜錐體的底,由三個相同的菱形組成。

18 世紀初,法國學者馬拉爾奇曾經專門測量過大量蜂巢的尺寸,令他感到十分驚訝的是,這些蜂巢組成底盤的菱形的所有鈍角都是109°28′,所有的銳角都是70°32′。

後來經過法國數學家克尼格和蘇格蘭數學家馬克洛林從理論上的計算,如果要消耗最少的材料,製成最大的菱形容器正是這個角度。從這個意義上說,蜜蜂稱得上是「天才的數學家兼設計師」。

華羅庚對蜂房作過十分形象的描繪:「如果把蜜峰放大為人體的大小,蜂箱就成為一個二十公頃的密集市鎮。當一道微弱的光線從這個市鎮的一邊射來時,人們可以看到是一排排五十層高的建築物。在每一排建築物上,整整齊齊地排列著簿牆圍成的成千上萬個正六角形的蜂房。」

大約在公元300年左右,古希臘數學家帕波斯在其編寫的《數學彙編》一書中對蜂房的結構,作過精彩的描寫:蜂房是由許許多多的正六稜柱,一個挨著一個,緊密地排列,中間沒有一點空隙……蜜蜂憑著自己本能的智慧選擇了正六邊形,因為使用同樣多的原材料,正六邊形具有最大的面積,從而可貯藏更多的蜂蜜。」

蜜蜂是怎樣會造出這樣的角度來的呢?帕波斯認為是出於一種「幾何的深謀遠慮」,其實這只是動物的一種本能。

螞蟻和丹頂鶴的算術

毫不起眼的螞蟻的計算本領也十分高超。

英國科學家亨斯頓做過一個有趣的實驗。他把一隻死蚱蜢切成三塊,第二塊比第一塊大一倍,第三塊比第二塊大一倍。在蟻群發現這三塊食物40分鐘後,聚集在最小一塊蚱蜢處的螞蟻有28 只,第二塊有44 只,第三塊有89 只,後一組差不多都較前一組多一倍。看來螞蟻的乘、除法算得相當不錯。

不僅如此,螞蟻們在尋找食物時,總是能夠找到通往食物的最短路線。

產於我國的珍稀動物丹頂鶴總是成群結隊地遷徙,而且排成「人」字形。

這「人」字形的角度永遠是110°左右,如果計算更精確些,「人」字夾角的一半,即每邊與丹頂鶴群前進方向的夾角為54°44′08″,而世界上最堅硬的金剛石晶體的角度也恰好是這個度數。這是巧合還是某種大自然的 「契合」?

珊瑚蟲的「日曆」

珊瑚蟲則在另一個方面展示出自己過人的數學天賦,它能在自己身上奇妙地記下「日曆」:每年在自己的體壁上「刻畫」出365 條環形紋,顯然是一天「畫」一條。

一些古生物學家發現,3.5 億年前的珊瑚蟲每年所「畫」出的環形紋是400條。天文學家告訴我們,當時地球上的一天只有21.9 小時,也就是說當時的一年不是365 天,而是400天。

可見珊瑚蟲能根據天象的變化來「計算」並「記載」一年的時間,其結果還相當準確。

貓和蜘蛛是「幾何專家」

在寒冷的冬天,貓睡覺時總要把身體抱成一個球形,這其間也有數學,因為球形使身體的表面積最小,這樣,身體露在冷空氣中的表面積最小,因而散發的熱量也最少。

蜘蛛結的「八卦」網,既複雜又非常美麗,這種八角形的幾何圖案,既使木工師傅用直尺和圓規也難畫得如蜘蛛網那樣勻稱。

當對這個美麗的結構用數學方法進行分析時,出現在蜘蛛網上的概念真是驚人——半徑、弦、平行線段、三角形、全等對應角、對數螺線、懸鏈線和超越線。

聲明:選載自中國科學院數學與系統科學研究院,由小滿自然整理編輯,僅供學習和交流。如有版權問題,請及時與我們聯繫。

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