自然界中存在着各种非常有规律的现象,比如点对称、相对对称、面对称等等,这些现象常常让我们疑惑,为什么会出现这样的巧合呢?其规律的表层之下暗含着怎样的科学真理?当我们明白其中的道理,就会发现自然界是如此的神奇!
自然界没有人为干预,但很多现象似乎都与数学息息相关。动物不会做数学,为什么大自然是数学家呢?然后我们简单列举一些自然界中常见的规律现象。
例如龟壳表面有规则的多边形花纹
苍蝇的眼睛是由多个多边形的小颗粒组成
正多边形的雪花
等从蜂巢开始分析为什么蜂窝有这样的几何结构。
今天,让我们一起来解密为什么蜜蜂建造的蜂巢结构如此整齐,为什么它们始终如一地构建出这种正则六面体结构?当您知道原因时,您会感到惊讶!
要解释这个现象,首先我们来思考这样一个数学问题:
有四个城市正好分布在一个正方形的四个角上,每边相距100KM。城市分布如下
由于城市的发展,需要在A、B、C、D四个城市之间修建道路,道路需要连接四个城市,并且,为了省钱,就要设计总施工距离最短的方案。
那么,你的第一反应是不是按照上图的形状来修路呢?如果按照正方形建造,即需要修4×100=400KM。因此,上述方案需建设400KM公路。
那么有没有更好的解决办法呢?于是有人提出了如下方案:
方案2
那么上图中方案2的长度:100+100+100√2≈341.1KM,比400KM好像少了50多公里方案一的,但是和下面的方案三相比,还是有差距的。
项目3
上图中方案三的长度:100×3=300KM,比方案二短了40多公里,优势非常明显,但还是输给了方案四
计划4
上图计划4的长度:2×100√2=200√2≈282.8KM,比三个计划公里少了20多公里。该解决方案似乎是最佳解决方案。然而,这种情况并非如此。有人给出了一个亮眼的方案:
上图中需要建设的路段距离:AE+EC+BF+FD+EF≈57.735×4+42.265=273.205KM方案少了近10KM比方案四,所以该方案是最经济实用的。
看到这里,或许你已经明白其中的道理了。蜜蜂筑巢也是如此。在同等条件下,蜜蜂肯定会优先考虑需要建材最少的方案。这是最典型、最具代表性的蜂窝结构。因此,我们也不得不感叹大自然的生灵真是太聪明了。
早在公元前3世纪,古希腊数学家就知道蜂巢的正六棱柱是最经济的形状,在同等条件下,这种体积最大。
后来,人们受到蜂巢结构的启发,建立了蜂巢形状的无线电覆盖区。这种覆盖区域的有效面积最大,而为覆盖同一区域而建设的信号塔数量最少,有效降低了建设投资。我们需要向大自然学习。大自然蕴含的科学哲理,需要我们用心去探索。自然界,物种进化,适者生存,存在的往往是最好的,存在就是合理的。而且,我们人类也需要对自然有敬畏之心。人的力量是渺小的,与自然和谐相处是人类的使命。
热门跟贴