茉莉花瓣曲線

趙奇

花瓣對稱地排列在花托邊緣，整個花朵幾乎完美無缺地呈現出輻射對稱形狀，葉子沿著植物莖稈相互疊起;有些植物的種子是圓的，有些呈刺狀，有些則是輕巧的傘狀。這一切向我們展示了許多美麗的數學模式。

創立坐標法的著名數學家笛卡爾，根據他所研究的一簇花瓣和葉形曲線特征，列出了x 3 +y3 -3axy ＝ 0 的方程式，這就是現代數學中有名的“笛卡爾葉線”（或者叫“葉形線”），數學家還為它取了一個詩意的名字——茉莉花瓣曲線。

后來，科學家又發現，植物的花瓣、萼片、果實的數目以及其他方面的特征，都非常吻合于一個奇特的數列——著名的斐波那契數列：1、2、3、5、8、13、21、34、55、89……其中，從3 開始，每一個數字都是前二項之和。

向日葵種子的排列方式，就是一種典型的數學模式。仔細觀察向日葵花盤，你會發現兩組螺旋線，一組順時針方向盤繞，另一組則逆時針方向盤繞，并且彼此鑲嵌。雖然不同的向日葵品種中，種子順逆時針方向和螺旋線的數量有所不同，但往往不會超出34 和55、55 和89 或者89 和144 這3組數字，每組數字都是斐波那契數列中相鄰的兩個數。

前一個數字是順時針盤繞的線數，后一個是逆時針盤繞的線數。雛菊的花盤也有類似的數學模式，只不過數字略小一些。菠蘿果實上的菱形鱗片，一行行排列起來，8行向左傾斜，13 行向右傾斜。挪威云杉的球果在一個方向上有3行鱗片，在另一個方向上有5 行鱗片。常見的落葉松是一種針葉樹，其松果上的鱗片在兩個方向上各排成5 行和8 行，美國松的松果鱗片則在兩個方向上各排成3行和5行。

如果是遺傳決定了花朵的花瓣數和松果的鱗片數，那么為什么斐波那契數列會有如此的巧合？這也是植物在大自然中長期適應和進化的結果。因為植物所顯示的數學特征是植物在生長的動態過程中必然會產生的結果，它受到數學規律的嚴格約束，換句話說，植物離不開斐波那契數列，就像鹽的晶體必然具有立方體的形狀一樣。

由于該數列中的數值越靠后越大，因此兩個相鄰的數字之商將越來越接近0.618034這個值。例如34/55=0.6182，已經與之接近，這個比值的準確極限是“黃金數”。數學中，還有一個被稱為黃金角的數值是137.5°，這是圓的黃金分割的張角，更精確的值應該是137.50776°。與黃金數一樣，黃金角同樣受到植物的青睞。車前草是常見的一種小草，輪生的葉片間的夾角正好是137.5°，按照這一角度排列的葉片，能很好地鑲嵌而又互不重疊，這是植物采光面積最大的排列方式，每片葉子都可以最大限度地獲得陽光，從而有效地提高植物光合作用的效率。

建筑師們參照車前草葉片排列的數學模型，設計出了新穎的螺旋式高樓，最佳的采光效果使得高樓的每個房間都很明亮。