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余既定3月14日为数学节,不妨再定今日为艺术节——假如要选一个艺术美的准则,最直观的大概就是0.618。3.14名曰pi,618名曰phi(美国数学家Mark Barr赐的嘉名),多一个h,仿佛提升了一个境界。pi是自然的,phi则含有人的因素,那么h就代表人了。那么从圆周率到黄金分割的进步(从超越数进化到不那么超越的无理数),代表了人的进步。难怪文艺复兴的绘画和建筑有那么多的黄金分割。开普勒说几何有两宝(勾股定理和黄金比),一个用来度量黄金,一个用来鉴别珍宝。(Geometry has two great treasures; one is the Theorem of Pythagoras; the other, the division of a line into extreme and mean ratio. The first we may compare to a measure of gold; the second we may name a precious jewel.)他的想法似乎和我差不多;我不喜欢勾股定理,宁愿用圆来代替。
巧的是,早在文艺复兴以前,比萨的Leonardo(即Fibonacci)的数列能生成phi,中学时我独自发现了这一点,感觉太神奇了;那会儿还不懂极限和收敛的概念,只是直观地用极限的方程来代替“兔子序列”的递归关系。
更令人惊奇的还是自然产生的phi,如花瓣、松果、树枝、贝壳、龙卷风乃至螺旋星系……从这儿很容易看出对数螺线与黄金分割的关系:一定的螺线与射线的交点序列近似为Fibonacci序列。自然生成的phi也许是因为螺旋生长,鹦鹉螺做了很好的榜样。D'Arcy W. Thompson在《论生长与形态》(On Growth and Forms)里专门讨论了这种“等角螺线”生长。借他的话来说,那不是形态,而是态度(it is rather a position, or an attitude, thana form)。也许没有什么物理或动力学的法则,却一定有数学的生长法则(it follows from all this that there cannot be a physical or dynamical, though there may well be amathematical law of growth. nature at least exhibits in them all 'un reflet desformes rigoureuses qu'étudie la géométrie'.后面半句法语我不认识)。
自然的生长当然不是为了数学,也不是为了美,但结果是数学美。这本身也是自然教我们的一课;我们既能自觉地欣赏美,那么在美的原则下寻找和构造自然律,岂非最简单不过的了?这是向阳花和鹦鹉螺都明白的道理。
鹦鹉螺的曲线
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GMT+8, 2024-12-28 11:14
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