生活數學觀察家
花瓣的數學奧祕
四月春光正好,百花爭妍。欣賞繁花風姿之餘,你可曾留意花瓣中隱藏的數學祕密?
淺談費氏數列
春季,杜鵑花和木棉花盛開。這兩種花皆有5片花瓣。四月還有花期短但非常迷人的花—流蘇。它的花瓣細長共4片,呈現十字形。另一種大人喜歡買來布置客廳,插在花瓶裡的百合花,有3片花瓣,加上外面3片與花瓣長得一樣的花萼,外觀乍看是6片花瓣。
木棉花的花瓣是五片。
仔細觀察,自然界大多數花的花瓣數是3、4、5或6片,這些數字在觀察上容易形成對稱和美觀的結構;而有7、9、11片花瓣的品種相對少見,這蘊藏自然演化的原因!
花朵其實有個與數學相關的有趣現象。根據研究,有些花瓣的數量經常剛好落在「費氏數列」中,如3、5、8、13等數字。這個數列是由13世紀義大利數學家費波那契提出的,序列為「1、1、2、3、5、8、13、21、34……」。
數列規則非常直觀:從第三個數開始,都是前兩個數的和,例如1+1=2、1+2=3、2+3=5……至於為什麼大自然的花卉會與這串數字巧合契合?下次有機會再詳細解說!
百合花的花瓣乍看是6 片。1、2、3 是花瓣,4、5、6 是花萼。
杜鵑花的花瓣對稱美觀。
外觀旋轉對稱
一朵5片花瓣的花,具有線對稱的特性,擁有5條對稱軸,只要沿著對稱軸對摺,兩邊會完全重合。如下圖。
從數學角度看,不只線對稱,還有「旋轉對稱」。把圖形繞著一個中心點,順時針旋轉一定度數後,會和原來的圖重合。以下圖來看,從一條對稱軸開始,順時針旋轉到下一條對稱軸,圖形與原圖重合,這個旋轉角度=360°÷5=72°,稱為「最小旋轉角」。
花朵通常呈現旋轉對稱,而最小旋轉角就等於「360°÷花瓣數」,大家可以算一算4瓣花、6瓣花、8瓣花的最小旋轉角是幾度。

繪製五片花瓣
將5片花瓣的尖端連接畫線,形成正五邊形,因此想準確畫出一朵5片花瓣的花,其實是在一個圓周上找到等距離的5個點,將它們連接成圓內的正五邊形。
這裡介紹一個標準幾何作圖法,只使用圓規和沒有刻度的直尺,不測量長度或角度,精準將圓周五等分的方法,大家可以找張紙跟著畫!

1. 畫出圓、一條水平直徑PQ及一條垂直的半徑OA。
2. 找出OP的中點R作為圓心,用圓規量取RA的長度作為半徑畫弧,和PQ交於S。
3. 以A作為圓心,用圓規量取AS的長度作為半徑畫弧,和圓周交於一點B。
4. 重複步驟3三次,以新交點作為圓心畫弧,再依序找到3個點C、D、E。
5. 連接A、B、C、D、E就是一個正五邊形。
