曾看過(guò)這樣一則謎語(yǔ):“小小諸葛亮,穩(wěn)坐軍中帳。擺下八卦陣,只等飛來(lái)將?!眲?dòng)一動(dòng)腦筋,這說(shuō)的是什么呢?
正是蜘蛛!我們知道,蜘蛛網(wǎng)既是蜘蛛棲息的地方,也是它賴(lài)以謀生的工具。
認(rèn)真觀察蜘蛛結(jié)的“八卦”形網(wǎng),實(shí)際復(fù)雜又美麗的八角形幾何圖案,人們即使用直尺和圓規(guī)也很難畫(huà)出像蜘蛛網(wǎng)那樣勻稱(chēng)的圖案。更神奇的是在這張八卦網(wǎng)中,蘊(yùn)藏著許多的數(shù)學(xué)秘密,下面我們一起來(lái)尋究。
在近乎圓形的蛛網(wǎng)中間的圓心我們稱(chēng)為極點(diǎn),從極點(diǎn)輻射出去的蛛絲稱(chēng)為蛛網(wǎng)的半徑,兩根半徑之間構(gòu)成的上寬下窄的面,叫做蛛網(wǎng)的扇形面。倘若你用直尺將這些半徑進(jìn)行測(cè)量,你會(huì)神奇的發(fā)現(xiàn):沒(méi)有任何工具,僅靠八只腳牽扯,這些半徑幾乎完全相等。
這些半徑將周角分成若干個(gè)相等的圓心角,而且,如果你再去看看別的同類(lèi)蛛網(wǎng),你會(huì)發(fā)現(xiàn),所有蛛網(wǎng)上的扇形面數(shù)量又幾乎是一樣的!
蜘蛛織網(wǎng)特別神奇,沒(méi)有直尺,沒(méi)有圓規(guī),它卻把要織網(wǎng)的空地用半徑分成大小一樣的扇形面,然后又用橫向的線(xiàn)(這些橫向的蛛絲我們看成是直線(xiàn)段)把這些半徑連接了起來(lái),將扇形面分成了若干個(gè)等腰三角形,等腰梯形,并且這些三角形的面積都是由中心點(diǎn)向外逐漸按比例增大。
連接兩根半徑之間的橫線(xiàn),我們稱(chēng)之為蛛網(wǎng)的弦。我們會(huì)看到,同一扇形面里的弦全都是平行的。而且,越靠近極點(diǎn),平行線(xiàn)之間的間距越小。這些弦和半徑構(gòu)成的角,上面是鈍角,下面是銳角。因?yàn)橄移叫械木壒?,所以這些角度又都是一樣的!更神奇的是,如果你有耐心,將兩根半徑之間的弦從極點(diǎn)往外對(duì)每一根弦進(jìn)行度量,將數(shù)值寫(xiě)在你的草稿本上,你會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn),每相鄰兩個(gè)數(shù)之間的比值竟然相等,(下面是其中一組度量數(shù)據(jù):0.4、0.9cm、1.4cm、2.1cm、3.0cm、4.6cm因?yàn)槎攘坑姓`差,后面四個(gè)是精確值)也就是說(shuō)這些弦的長(zhǎng)度之間又恰恰構(gòu)成了一個(gè)比值相等的數(shù)列。
再看從外圈走向中心的那根螺旋線(xiàn),越接近中心,每周間的距離越密,直到中斷。小精靈所畫(huà)出的這條曲線(xiàn),在幾何中稱(chēng)之為對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)。
對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)是一根無(wú)止盡的螺線(xiàn),它永遠(yuǎn)向著極繞,而且越繞越靠近極,但又永遠(yuǎn)不能到達(dá)極。即使使用最精密的儀器,我們也看不到一根完全的對(duì)數(shù)螺線(xiàn),它只存在于科學(xué)家的假想中??闪钊梭@訝的是,小小的蜘蛛也知道這種線(xiàn),它就是依照這種曲線(xiàn)的法則來(lái)織它蛛網(wǎng)上的螺線(xiàn)的,而且做得很精確。
“春風(fēng)放膽來(lái)梳柳,夜雨滿(mǎn)人去潤(rùn)花?!比碌那宄浚粑逍碌目諝?,尋一角落,看那蛛網(wǎng)上點(diǎn)綴的水滴,晶瑩透亮,帶給人愜意的遐想。讓水滴把蛛網(wǎng)的弦向下拉伸,便又成了幾何學(xué)中的懸鏈線(xiàn),當(dāng)然也將蛛網(wǎng)中的數(shù)學(xué)秘密推向新的臺(tái)階。
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