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《數學心》第3章 蜘蛛結網
  曾看過這樣一則謎語:“小小諸葛亮,穩坐軍中帳。擺下八卦陣,只等飛來將。”動一動腦筋,這說的是什麽呢?

  正是蜘蛛!我們知道,蜘蛛網既是蜘蛛棲息的地方,也是它賴以謀生的工具。

  認真觀察蜘蛛結的“八卦”形網,實際複雜又美麗的八角形幾何圖案,人們即使用直尺和圓規也很難畫出像蜘蛛網那樣勻稱的圖案。更神奇的是在這張八卦網中,蘊藏著許多的數學秘密,下面我們一起來尋究。

  在近乎圓形的蛛網中間的圓心我們稱為極點,從極點輻射出去的蛛絲稱為蛛網的半徑,兩根半徑之間構成的上寬下窄的面,叫做蛛網的扇形面。倘若你用直尺將這些半徑進行測量,你會神奇的發現:沒有任何工具,僅靠八隻腳牽扯,這些半徑幾乎完全相等。

  這些半徑將周角分成若乾個相等的圓心角,而且,如果你再去看看別的同類蛛網,你會發現,所有蛛網上的扇形面數量又幾乎是一樣的!

  蜘蛛織網特別神奇,沒有直尺,沒有圓規,它卻把要織網的空地用半徑分成大小一樣的扇形面,然後又用橫向的線(這些橫向的蛛絲我們看成是直線段)把這些半徑連接了起來,將扇形面分成了若乾個等腰三角形,等腰梯形,並且這些三角形的面積都是由中心點向外逐漸按比例增大。

  連接兩根半徑之間的橫線,我們稱之為蛛網的弦。我們會看到,同一扇形面裡的弦全都是平行的。而且,越靠近極點,平行線之間的間距越小。這些弦和半徑構成的角,上面是鈍角,下面是銳角。因為弦平行的緣故,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往外對每一根弦進行度量,將數值寫在你的草稿本上,你會驚奇地發現,每相鄰兩個數之間的比值竟然相等,(下面是其中一組度量數據:0.4cm、0.6cm、0.9cm、1.4cm、2.1cm、3.0cm、4.6cm因為度量有誤差,後面四個是精確值)也就是說這些弦的長度之間又恰恰構成了一個比值相等的數列。

  再看從外圈走向中心的那根螺旋線,越接近中心,每周間的距離越密,直到中斷。小精靈所畫出的這條曲線,在幾何中稱之為對數螺旋線。

  對數螺旋線是一根無止盡的螺線,它永遠向著極繞,而且越繞越靠近極,但又永遠不能到達極。即使使用最精密的儀器,我們也看不到一根完全的對數螺線,它隻存在於科學家的假想中。可令人驚訝的是,小小的蜘蛛也知道這種線,它就是依照這種曲線的法則來織它蛛網上的螺線的,而且做得很精確。

  “春風放膽來梳柳,夜雨滿人去潤花。”三月的清晨,呼吸著清新的空氣,尋一角落,看那蛛網上點綴的水滴,晶瑩透亮,帶給人愜意的遐想。讓水滴把蛛網的弦向下拉伸,便又成了幾何學中的懸鏈線,當然也將蛛網中的數學秘密推向新的台階。
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