ΟΜΑΔΑ Α: Εμμανουέλα Δεβετζή Γεωργία Βενιεράκη Ειρήνη Κατσιπουλάκη Μάρκος Διγενής Κων/νος Καμήτσος. Υπέυθυνη καθηγήτρια: Λούπη Μαρία Μαθηματικός

Transcript

1 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΣΤΗΝ ΦΥΣΗ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΗ 2ο Γενικό Λύκειο Ρεθύμνου Σχολικό έτος: ο Project Α τάξη 2o Τετράμηνο ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΣΤΗ ΦΥΣΗ ΟΜΑΔΑ Α: Εμμανουέλα Δεβετζή Γεωργία Βενιεράκη Ειρήνη Κατσιπουλάκη Μάρκος Διγενής Κων/νος Καμήτσος Υπέυθυνη καθηγήτρια: Λούπη Μαρία Μαθηματικός 1

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ: Κεφάλαιο 1 ο : Xρυσή τομή Κεφάλαιο 2 ο : Ακολουθία Fibonacci Κεφάλαιο 3 ο : Aριθμός Φ Κεφάλαιο 4 ο : Συμμετρίες Κεφάλαιο 5 ο : Αυτομοιότητα (Fractal) στη φύση Κεφάλαιο 6 ο : Τα ζώα γνωρίζουν μαθηματικά (Μέλισσες Τζιτζίκια) 2

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Δεν είναι λίγες οι φορές που έχουμε αναρωτηθεί πώς δημιουργήθηκαν κάποια πράγματα στη φύση, βλέποντας την άριστη συμμετρία και ακρίβεια πού τα διακρίνει. Αυτό ίσως αρχικά να φαντάζει τυχαίο αλλά μελετώντας τα λίγο πιο προσεχτικά διαπιστώσαμε ότι οι αναλογίες τους βασίζονται τις περισσότερες φορές στα Μαθηματικά. Σε αυτή την εργασία αρχικά θα μελετήσουμε την χρυσή τομή η αλλιώς χρυσός αριθμός, ο οποίος ισούται περίπου με 1.618, την ακολουθία του Fibonacci και τη σχέση της γεωμετρίας με τη φύση. Επιπλέον θα αναφερθούμε στην αυτοομοιότητα και στην άριστη γνώση των ζώων όσο αφορά τα μαθηματικά. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι αριθμοί βρίσκονται παντού γύρω μας περιμένοντας να τους μελετήσουμε και να βρούμε κάθε ιδιότητά τους, κάθε παραξενιά τους, κάθε εφαρμογή που μπορεί να έχουν. Αρχικά ο άνθρωπος χρειαζόταν έναν τρόπο να εκφράζει τις αριθμητικές πράξεις που σκεφτόταν κι έτσι άρχισε να βρίσκει τρόπους για να γράψει τις σκέψεις του με αποτέλεσμα μετά από χρόνια να επινοηθεί κάποιο σύστημα αρίθμησης. Πολλοί αρχαίοι φιλόσοφοι έχουν ασχοληθεί με τα μαθηματικά.δεν είναι τυχαίο λοιπόν, που τα μαθηματικά όχι μόνο έχουν εξαπλωθεί σε όλες τις τέχνες αλλά υπάρχουν και στην φύση. 3

4 Η ΧΡΥΣΗ ΤΟΜΗ Η χρυσή τομή φ ορίζεται ως το πηλίκο των θετικών αριθμών α/β όταν ισχύει α/β=α+β/α που ισούται περίπου με φ= Ο αντίστροφος του αριθμού είναι ο δηλαδή 1/φ=φ+1.Η χρυσή τομή δηλαδή δίνει το σημείο που πρέπει να διαιρεθεί ένα ευθύγραμμο τμήμα, ώστε ο λόγος του ως προς το μεγαλύτερο τμήμα να ισούται με τον λόγο του μεγαλύτερου τμήματος ως προς το μικρότερο. Θεωρείται ότι δίνει αρμονικές αναλογίες και για το λόγο αυτό έχει χρησιμοποιηθεί στην αρχιτεκτονική και τη ζωγραφική, τόσο κατά την αρχαία Ελλάδα όσο και κατά την Αναγέννηση. Την χρυσή τομή εισήγαγε και υπολόγισε ο Πυθαγόρας ( π.χ.) που γεννήθηκε στη Σάμο και ίδρυσε την σημαντικότατη φιλοσοφική σχολή στον Κρότωνα της Μεγάλης Ελλάδας (Κάτω Ιταλία). Η μετέπειτα ονομασία <χρυσός αριθμός >,αποδίδεται στον Λεονάρντο Ντα Βίντσι. Η χρυσή τομή συμβολίστηκε από τον αμερικανό μαθηματικό Μαρκ Μπαρ με το γράμμα φ προς τιμήν του Φειδία, του γνωστότερου ίσως γλύπτη της ελληνικής αρχαιότητας, και του σημαντικότερου της κλασικής περιόδου ο οποίος με βάση αυτόν τον αριθμό δημιουργούσε τα έργα του.ο χρυσός λόγος ήταν γνωστός στους Πυθαγόρειους. Στο μυστικό τους σύμβολο, την πεντάλφα, ο χρυσός λόγος εμφανίζεται στις πλευρές του αστεριού. Με βάση το χρυσό λόγο δημιουργήθηκαν πολλά έργα της κλασικής εποχής, όπως ο Παρθενώνας, και της αναγεννησιακής εποχής, όπως είναι ζωγραφικά έργα του Λεονάρντο ντα Βίντσι. Ακόμη και σήμερα χρησιμοποιείται για την απόδοση της αρμονίας σε έργα ή στην πλαστική χειρουργική για την ωραιοποίηση του ανθρώπινου προσώπου. 4

5 Στο ανθρώπινο σώμα ο χρυσός λόγος εντοπίζεται σε πολλές ανατομικές αναλογίες, τις οποίες παρατήρησε και κατέγραψε ο Λεονάρντο ντα Βίντσι στον βιτρούβιο άνθρωπο. Έτσι διαπιστώνουμε ότι η εφαρμογή του χρυσού λόγου ξεκινά απο την αναλογία της φύσης, του σώματός μας. Έπειτα περνά στην τέχνη, στους ζωντανούς οργανισμούς και πολλά άλλα που πιθανόν να μην έχουν παρατηρηθεί. Η αναλογία αυτή είναι γνωστή ως η Χρυσή Αναλογία (ή θεία αναλογία όπως την είχε ονομάσει ο μοναχός του 15 ου αιώνα Λούκας Πατσιόλι, επηρεασμένος από την αντίληψη της εποχής ότι οι νέες γνώσεις της επιστήμης έπρεπε να ενταχθούν στο εκκλησιαστικό δόγμα.)χρυσή Αναλογία επίσης ονομάζεται στα μαθηματικά, ο λόγος δύο διαδοχικών όρων της ακολουθίας Fibonacci η οποία είναι η εξής: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181 ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΚΟΛΟΥΘΙΑ FIBONACCI Η Ακολουθία Φιμπονάτσι ονομάστηκε έτσι πριν από 800 περίπου χρόνια από έναν Ιταλό μαθηματικό τον Λεονάρντο της Πίζας (Leonardo Pisano) ο οποίος αποκαλούσε τον εαυτό του Fibonacci, σύντμηση του Filius Bonacci (γιός του Bonacci), από το όνομα του πατέρα του με το οποίο έχει μείνει γνωστός έως σήμερα. Ο πατέρας του Leonardo, Guglielmo Bonacci, ήταν τελωνειακός υπάλληλος στη Βορειοαφρικανική πόλη Bugia. Ο Fibonacci μεγάλωσε εκεί και η εκπαίδευσή του επηρεάστηκε σημαντικά από τους Μαυριτανούς αλλά και από τα ταξίδια που έκανε αργότερα σε όλο το μήκος της Μεσογειακής ακτής. Γνώρισε πολλούς εμπόρους 5

6 και έμαθε τα αριθμητικά συστήματα που αυτοί χρησιμοποιούσαν για τις συναλλαγές και τους λογαριασμούς τους. Σύντομα διαπίστωσε τα πλεονεκτήματα του «Ινδοαραβικού» αριθμητικού συστήματος και έγινε από τους πρώτους που το εισήγαγαν στην Ευρώπη. Ο Fibonacci ήταν πολύ γνωστός στην εποχή του και αναγνωρίζεται σήμερα ώς ο μεγαλύτερος μαθηματικός του Μεσαίωνα. Γεννήθηκε στη δεκαετία του 1170 και πέθανε εκείνη του Άγαλμά του υπάρχει στο νεκροταφείο, δίπλα στον Καθεδρικό Ναό της Pisa, Το όνομά του έχει δοθεί σε δύο δρόμους, στην Pisa και τη Φλωρεντία για το αριθμητικό σύστημα που χρησιμοποιείται και σήμερα, με δέκα ψηφία, ένα εκ των οποίων το μηδέν, και την υποδιαστολή.το βιβλίο του Liber abbaci (βιβλίο των υπολογισμών) το οποίο ολοκληρώθηκε το 1202 εισήγαγε την ακολουθία στα Μαθηματικά της Δυτικής Ευρώπης, αν και η ακολουθία είχε περιγραφεί πιο πριν από τους Ινδούς. Επεισε αρκετούς Ευρωπαίους μαθηματικούς να χρησιμοποιήσουν το «νέο» σύστημα. Το βιβλίο, γραμμένο στα λατινικά, περιγράφει με λεπτομέρεια τους μαθηματικούς κανόνες που σήμερα διδάσκονται στο δημοτικό για την πρόσθεση, την αφαίρεση, τον πολλαπλασιασμό και τη διαίρεση και περιέχει πολλές ασκήσειςπαραδείγματα με λεπτομέρειες για την εφαρμογή αυτών των κανόνων. Στο Liber Abaci, όμως, η ακολουθία ξεκινάει με F1=1, παραλείποντας το αρχικό 0, κάτι που ακολουθείται από κάποιους ακόμη και σήμερα.) Εξ ορισμού, οι πρώτοι δύο αριθμοί Φιμπονάτσι είναι το 0 και το 1, και κάθε επόμενος αριθμός είναι το άθροισμα των δύο προηγούμενων. Σε μαθηματικούς όρους, η ακολουθία Fn των αριθμών Φιμπονάτσι ορίζεται από τον αναδρομικό τύπο: Fn=Fn-1+Fn-2 με F0=0 και F1=1. Έχει αρκετές εφαρμογές σε υπολογιστικούς αλγόριθμους, όπως για παράδειγμα η τεχνική αναζήτησης Φιμπονάτσι και η δομή δεδομένων σωρός Φιμπονάτσι. Επιπλέον υπάρχουν γραφικές παραστάσεις οι οποίες ονομάζονται κύβοι Φιμπονάτσι και χρησιμοποιούνται στις παράλληλες διασυνδέσεις και στα κατανεμημένα συστήματα. 6

7 Οι πολυάριθμες εμφανίσεις της χρυσής αναλογίας, και των χρυσών ορθογωνίων στην τέχνη, είναι αντικείμενο συζητήσεων και ερευνών μεταξύ των ψυχολόγων για το κατά πόσο οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται το χρυσό ορθογώνιο για παράδειγμα, ώς πιο όμορφο και αρμονικό σχήμα από οποιοδήποτε άλλο ορθογώνιο. ΧΡΥΣΟ ΟΡΘΟΓΩΝΙΟ Ζητάμε να κατασκευάσουμε ένα χρυσό ορθογώνιο, δηλαδή ένα ορθογώνιο στο οποίο ο λόγος της μεγάλης του πλευράς προς τη μικρή να είναι ίσος με τον λόγο της μικρής προς τη διαφορά των πλευρών. Αν υποθέσουμε ότι μας έχει δοθεί το μήκος της μικρής πλευράς του ορθογωνίου. Ξεκινάμε την κατασκευή με ένα τετράγωνο πλευράς ίσης με την δοθείσα μικρή πλευρά του ορθογωνίου, το οποίο το διαιρούμε φέρνοντας την διάμεσό του. Με κέντρο το μέσο της μιας πλευράς και ακτίνα την διαγώνιο του μισού τετραγώνου διαγράφουμε τόξο που τέμνει την προέκταση της πλευράς του τετραγώνου σε ένα σημείο. Αυτό το σημείο ορίζει το άλλο άκρο της μεγάλης πλευρά στου χρυσού ορθογωνίου. Επαλήθευση: Επειδή προφανώς τα χρυσά ορθογώνια είναι όμοια μεταξύ τους, πάντα ο λόγος της μεγάλης πλευράς προς τη μικρή πλευρά, θα είναι ο αριθμός ( 5 + 1)/2 που διεθνώς συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα Φ, το αρχικό του ονόματος του Φειδία, δημιουργός των γλυπτών του Παρθενώνα. Η πρόσοψη του Παρθενώνα μπορεί νοητά να εγγραφεί σε ένα χρυσό ορθογώνιο που σημαίνει ότι ο λόγος των διαστάσεων του είναι ο αριθμός Φ. Ο αριθμός αυτός ονομάζεται λόγος χρυσής τομής. ΧΡΥΣΑ ΤΡΙΓΩΝΑ Τα χρυσά τρίγωνα: Υπάρχουν δυο χρυσά τρίγωνα, και τα δυο ισοσκελή, ένα αμβλυγώνιο και ένα οξυγώνιο. Στο αμβλυγώνιο, ο λόγος της βάσης του προς τη πλευρά του είναι ίσος με το λόγο χρυσής τομής, ενώ στο οξυγώνιο ισχύει το αντίστροφο: ο λόγος της πλευράς του προς την βάση του είναι ίσος με το λόγο χρυσής τομής. Τα δυο τρίγωνα συνδέονται μεταξύ τους γιατί διαιρώντας 7

8 ανάλογα τη βάση ή την τη πλευρά σε λόγο χρυσής τομής προκύπτουν δυο μικρότερα χρυσά τρίγωνα ένα αμβλυγώνιο και ένα οξυγώνιο. Αυτό είναι πιο κατανοητό αν σκεφτούμε ότι το αμβλυγώνιο έχει γωνίες 36,36 και 108 ενώ το οξυγώνιο έχει γωνίες 72, 72 και 36. Ακόμα και σε μια τομή του ανθρώπινου DNA το οποίο φαίνεται να ενσωματώνεται άψογα σε ένα χρυσό δεκάγωνο. Η χρυσή αναλογία και τα σχήματα που σχετίζονται με αυτή συνεχίζουν να κινούν το ενδιαφέρον των μαθηματικών, αλλά και των απλών ανθρώπων. Tα μαθηματικά και το τριαντάφυλλο - Ακολουθία Fibonacci Ο Fibonacci παρατήρησε ότι τα ροδοπέταλα του τριαντάφυλλου διατάσσονται σε σπειροειδή μορφή.στη συνέχεια αφού έκοψε το λουλούδι με ένα μαχαίρι ξεκίνησε από το κέντρο να καταγράφει μια ομάδα με 5 ποδοπέταλα, που ξεφύτρωναν από την ίδια περιοχή.η αμέσως ευρύτερη ομάδα είχε ( συμπεριλαμβανόμενης των πετάλων της προηγούμενης ) 8 ροδοπέταλα συνολικά, η επόμενη μεγαλύτερη ομάδα ( συμπεριλαμβανόμενων και των εσωτερικών) περιλάμβανε συνολικά 13, η επόμενη 21 και το σύνολο ήταν 34. Τα ροδοπέταλα διατάσσονται έτσι ώστε οι αριθμοί που προκύπτουν να είναι όροι της ακολουθίας Fibonacci. 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, Καθένας από τους όρους της προκύπτει από το άθροισμα των δύο προηγουμένων. 8

9 Σε γλώσσα Άλγεβρας α ν = α ν-1 + α ν-2 Στο τριαντάφυλλο τα ροδοπέταλα που μέτρησε εκείνος ήταν τριαντατέσσερα. Σε ρόδο με περισσότερα πέταλα θα είναι πενήντα πέντε. Αν φτιάξουμε μια νέα ακολουθία με όρους τους λόγους των διαδοχικών όρων της προηγούμενης θα έχουμε 3/2, 5/3, 8/5, 13/8, 21/13, 34/ με προσέγγιση θα είναι 1,5, 1,667, 1,6, 1,625, 1,615 1, και θα διαπιστώσουμε ότι συγκλίνει προς έναν αριθμό. Μπορούμε να αποδείξουμε ότι ο αριθμός προς τον οποίο συγκλίνει η ακολουθία θα είναι ο φ, ο αριθμός (1+ 5) /2 ή - με τρία δεκαδικά - ίσος με 1, 618. Η ακολουθία Fibonacci και τα κουνέλια Το πρόβλημα έχει ως εξής:σε ένα σπίτι στο χωριό γεννιέται ένα ζευγάρι κουνέλια. Τα κουνέλια αυτά χρειάζονται 2 μήνες για να μεγαλώσουν και να αρχίσουν να γεννούν. Έτσι μετά από δύο μήνες το ζευγάρι αυτό γεννά ένα νέο ζευγάρι στην αρχή κάθε μήνα. Τα νέα ζευγάρια μεγαλώνουν και αναπαράγονται κι αυτά με τον ίδιο τρόπο. Πόσα ζευγάρια κουνέλια θα έχουμε μετά από 3 μήνες, 4 μήνες, 6 μήνες, μετά από ένα χρόνο; Απάντηση: Στην αρχή του πρώτου μήνα έχουμε 1 ζευγάρι κουνέλια Στην αρχή του δεύτερου μήνα έχουμε πάλι ένα ζευγάρι Στην αρχή του τρίτου μήνα το ζευγάρι γεννά και έχουμε 2 ζευγάρια Στην αρχή του τέταρτου μήνα το πρώτο ζευγάρι γεννά πάλι, αλλά το δεύτερο δεν είναι σε θέση ακόμη, δηλαδή 3 ζευγάρια. Στην αρχή του πέμπτου μήνα γεννά πάλι το αρχικό ζευγάρι, γεννά και το δεύτερο, δε γεννά το τρίτο. Σύνολο 5 ζευγάρια 9

10 Έτσι, το πλήθος των ζευγαριών των κουνελιών στην αρχή κάθε μήνα είναι 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34,.. Παρατηρήστε ότι κάθε αριθμός στην ακολουθία είναι το άθροισμα των δύο προηγούμενων. Αυτό είναι λογικό να συμβαίνει μια και στην αρχή κάθε μήνα έχουμε τα ζευγάρια που είχαμε τον προηγούμενο μήνα και επιπλέον τόσα νεογέννητα ζευγάρια όσα και ενήλικα ζευγάρια γονέων έχουμε. Άρα οι αριθμοί Fibonacci είναι: 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,... με τον κάθε αριθμό να προκύπτει από το άθροισμα των δύο προηγούμενων του. 1+1=2, 1+2=3, 3+5=8, 5+8=13,... ΠΕΝΤΑΛΦΑ Η πεντάλφα είναι ένα σχήμα και σύμβολο το οποίο ορίζεται ως ένα αστέρι με πέντε γωνίες.είναι ένα απο τα αρχαιότερα και γνωστότερα σύμβολα της θρησκείας και της γραφής.το σύμβολο του πεντάγωνου αστεριού, πιστεύεται ότι ονομάστηκε «Πέντε- Άλφα» λόγω του σχήματός του, που φαίνεται σαν πέντε Α μπλεγμένα μεταξύ τους. Επίσης στις πλευρές του εμφανίζεται η χρυσή τομή. Κατά τον Πυθαγόρα, ο αριθμός 5 είναι ο αριθμός του ανθρώπου και της Ψυχής. Κάθε άκρη της Πεντάλφας σχετίζεται με ένα στοιχείο, που δίνει ζωή στον άνθρωπο αλλά και που δημιουργεί ο άνθρωπος: γη-ύλη, νερό-υγρά, αέρας-ανάσα, φωτιά-ενέργεια, 10

11 ψυχή,πνεύμα-νους. Το πεντάλφα συμβολίζει τον αριθμό 5 και ό,τι συνεπάγετε με αυτόν: 5 άκρα του ανθρώπινου σώματος, 5 εσωτερικά όργανα, 5 αισθήσεις, 5 πληγές του Εσταυρωμένου (χέρια, πόδια και λόγχη) κ.τ.λ ακτινωτό αστέρι πεντάκτινο αστέρι Χρησιμοποιήθηκε και χρησιμοποιείται κατά κόρον σε κάθε είδος μαγείας, και ουσιαστικά θεωρείται ένα από τα ισχυρότερα προστατευτικά σύμβολα(π.χ.σατανισμού) ΤΟ ΤΡΙΓΩΝΟ ΤΟΥ PASCAL... Στα μαθηματικά, το τρίγωνο του Πασκάλ είναι μία τριγωνική γεωμετρική διάταξη των δυωνυμικών συντελεστών. Ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του μαθηματικού Μπλεζ Πασκάλ στο μεγαλύτερο μέρος του δυτικού κόσμου, παρόλο που άλλοι μαθηματικοί το είχαν μελετήσει αιώνες πριν στην Ινδία, την Περσία, την Κίνα και την Ιταλία. Οι σειρές στο τρίγωνο του Πασκάλ αριθμούνται ξεκινώντας από 11

12 την γραμμή 0, και οι αριθμοί κάθε σειράς είναι συνήθως σχετικοί με τις διπλανές τους. Μια απλή κατασκευή του τριγώνου γίνεται με τον ακόλουθο τρόπο. Στην σειρά 0 γράφεται μόνο ο αριθμός 1. Μετά, για την κατασκευή των στοιχείων των ακόλουθων σειρών προστίθεται ο αριθμός που βρίσκεται αμέσως από πάνω και αριστερά με τον αριθμό αμέσως από πάνω και δεξιά. Αν οποιοσδήποτε από τους αριθμούς δεξιά ή αριστερά δεν υπάρχει, υποκαθίσταται με μηδέν. Για παράδειγμα, ο πρώτος αριθμός της πρώτης γραμμής είναι = 1, ενώ οι αριθμοί 1 και 3 της τρίτης σειρά προτίθενται ώστε να δώσουν τον αριθμό 4 της τέταρτης σειράς. Το τρίγωνο του Πασκάλ γενικεύεται και σε περισσότερες διαστάσεις. Η τρισδιάστατη εκδοχή αποκαλείται Πυραμίδα του Πασκάλ ή Τετράεδρο του Πασκάλ, ενώ η γενική εκδοχή αποκαλείται Simplex του Πασκάλ. Παρατηρούμε ότι αν αθροίσουμε διαγωνίως τους αριθμούς του τριγώνου τα αποτελέσματα είναι οι αριθμοί Fibonacci όπως δείχνει το σχήμα. Η ΦΥΣΗ ΓΕΩΜΕΤΡΕΙ (Η ωραιότης της φύσης) Οι Αριθμοί Φιμπονάτσι, εμφανίζονται και στη Βιολογία, όπως για παράδειγμα η ανάπτυξη και η διακλάδωση στα δέντρα, η διάταξη των φύλλων σε ένα στέλεχος και των πετάλων στις μαργαρίτες και τα ηλιοτρόπια., τα στόμια του καρπού ενός ανανά, η διάταξη των φύλων γύρω από το μίσχο,η ανάπτυξη της αγκινάρας και των βελόνων αρκετών ειδών ελάτου τα φύλλα της λεύκας, της κερασιάς, της μηλιάς, της δαμασκηνιάς, της βελανιδιάς και της φιλύρας και σε πολλά άλλα μερικά των οποίων θα αναλύσουμε λεπτομερώς στη συνέχεια. 12

13 Μερικά κωνοφόρα δένδρα παρουσιάζουν τη σειρά αριθμών στη δομή της επιφάνειας των κορμών τους, ενώ τα φοινικόδενδρα στους δακτυλίους των κορμών τους. Η φύση προφανώς δεν προσπαθεί να χρησιμοποιήσει την ακολουθία Fibonacci, αυτή εμφανίζεται ώς το δευτερεύον αποτέλεσμα μιας πολύ βαθύτερης φυσικής διαδικασίας.οι οργανισμοί απλά μεγαλώνουν με τον πιο πρόσφορο και αποδοτικό τρόπο. Η συμμετρία που κατεξοχήν εκφράζει την καλαισθησία και την ομορφιά είναι διάσπαρτη στον φυσικό κόσμο. Όμως πώς προκύπτει αυτή η διάταξη, αυτή η συμμετρία σε σχέση με την ακολουθία; Στην περίπτωση του φυλλώματος μπορεί να σχετίζεται με τη μεγιστοποίηση του χώρου που είναι διαθέσιμος για την ανάπτυξη κάθε φύλλου ή το φώς που πρέπει να πέφτει πάνω στο κάθε φύλλο. 13

14 Το ηλιοτρόπιο Η κατανομή των σπόρων στο ηλιοτρόπιο είναι κυκλική. Η σπείρα είναι προς τα έξω ενώ έχει διπλή κατεύθυνση, δηλαδή όπως κινούνται οι δείκτες του ρολογιού και αντίστροφα από το κέντρο του λουλουδιού.εχει 89 δεξιόστροφες σπείρες και 55 αριστερόστροφες,ο αριθμός των οποίων είναι δύο διαδοχικοί αριθμοί στην ακολουθία Fibonacci. Το κέλυφος του αρχαίου οργανισμού αμωνίτη ακολουθεί και αυτό την ακολουθία Fibonacci. Το ίδιο και το κέλυφος του ναυτίλου (μαλάκιο) καθώς και των σαλιγκαριών. Η μόνη διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι το κέλυφος του ναυτίλου αναπτύσσεται σε τρισδιάστατες σπείρες, ενώ το κέλυφος των σαλιγκαριών αναπτύσσεται σε δισδιάστατες σπείρες. Ακόμα στον ναυτίλο και στον αμωνίτη ο λόγος των ακτίνων του κάθε θαλάμου ισούται με τον προηγούμενο με το 14

15 χρυσό λόγο. Τα κουκουνάρια είναι ένα ακόμα τρανό παράδειγμα της ακολουθίας Fibonacci. Όλα τα κουκουνάρια αναπτύσσονται σε σπείρες, ξεκινώντας από τη βάση όπου ήταν ο μίσχος, και πηγαίνοντας κυκλικά μέχρι να φτάσουμε στην κορυφή. Άλλο ένα παράδειγμα είναι το ανθρώπινο σώμα (κάτι με το οποίο ασχολήθηκε πολύ ο Λεονάρντο Ντα Βίντσι). Στο ανθρώπινο σώμα, η αναλογία του μήκους του πήχη του χεριού προς το μήκος του χεριού ισούται με 1.618, δηλαδή ισούται με τη Χρυσή Αναλογία. Άλλα γνωστά παραδείγματα στο ανθρώπινο σώμα είναι: 1. Η αναλογία μεταξύ του μήκους και του φάρδους του προσώπου 2. Η αναλογία της απόστασης μεταξύ των χειλιών και του σημείου που σμίγουν τα φρύδια προς το μήκος της μύτης 3. Η αναλογία του μήκους του στόματος προς το φάρδος της μύτης 4. Η αναλογία της απόστασης μεταξύ της γραμμής του ώμου και της κορυφής του κεφαλιού προς το μήκος του κεφαλιού 5. Η αναλογία της απόστασης μεταξύ του ομφαλού και του γονάτου προς την απόσταση μεταξύ του γονάτου και της άκρης του ποδιού 6. Η αναλογία της απόστασης μεταξύ του άκρου του δαχτύλου του χεριού και του αγκώνα προς την απόσταση μεταξύ του καρπού 15

16 και του αγκώνα. Έτσι αν μετρήσεις την απόσταση από την κορυφή του κεφαλιού μέχρι το πάτωμα και τη διαιρέσεις με την απόσταση από τον αφαλό μέχρι το πάτωμα προκύπτει πάντα ο ίδιος αριθμός... Η αν μετρήσεις την απόσταση από τον ώμο μέχρι τις άκρες των δακτύλων και τη διαιρέσεις με την απόσταση απο τον αγκώνα μέχρι τις άκρες των δακτύλων. Το ίδιο συμβαίνει και με το ανθρώπινο χέρι: κάθε άνθρωπος έχει 2 χέρια, κάθε ένα από τα οποία έχει 5 δάκτυλα, κάθε δάκτυλο αποτελείται από 3 τμήματα που χωρίζονται από 2 αρθρώσεις. Όλοι αυτοί οι αριθμοί ανήκουν στην ακολουθία Fibonacci και μας κάνουν λόγο ~1.618 ΑΥΤΟΟΜΟΙΟΤΗΤΑ (Fractal)-ΣΥΜΜΕΤΡΙΕΣ Η συμμετρία στη βιολογία είναι η ισόρροπη κατανομή των διπλών μερών του σώματος ή του σχήματος ενός ζωντανού οργανισμού. Το σώμα ή το σχέδιο των περισσότερων πολυκύτταρων οργανισμών παρουσιάζουν κάποια μορφή συμμετρίας, είτε ακτινική συμμετρία ή διμερή συμμετρία ή σφαιρική συμμετρία. Μια μικρή μειοψηφία δεν παρουσιάζουν συμμετρία (είναι ασύμμετρη). Στη φύση και τη βιολογία, η συμμετρία είναι κατά προσέγγιση. Για παράδειγμα, τα φύλλα των φυτών, ενώ θεωρούνται συμμετρικά, σπάνια θα ταιριάζουν ακριβώς όταν διπλώνονται στη μέση. 16

17 Η αμφίπλευρη συμμετρία της πεταλούδας. Ένα μήλο κομμένο με Διμερή συμμετρία. Οι θαλάσσιες ανεμώνες και οι μέδουσες : απεικόνιση με ακτινωτή συμμετρία Αυτοομοιότητα είναι η ιδιότητα ενός σχήματος να είναι όμοιο με ένα ή περισσότερα τμήματά του. Σχετίζεται με τη fractal γεωμετρία.τα φράκταλς είναι μαθηματικά αντικείμενα που η δομή τους εμφανίζει μια επανάληψη. Αν απομονωθεί ένα τμήμα τους τότε αυτό παρουσιάζει την ίδια μορφή με το συνολικό φράκταλ. Αξίζει να αναφερθούν τρία χαρακτηριστικά παραδείγματα φυσικών 17

18 αντικειμένων που εκδηλώνεται η αυτοομοιότητα, (Α) το κουνουπίδι,(β) η φτέρη και (Γ)οι ακτογραμμές. Α) Αν από ένα κουνουπίδι αποσπάσουμε ένα κομμάτι θα διαπιστώσουμε ότι αυτό θα μοιάζει με το αρχικό, θα είναι ένα μικρότερο αντίγραφο. Συνεχίζοντας αυτή τη διαδικασία, κάποια στιγμή, δεν θα ισχύει η ιδιότητα της αυτοομοιότητας, κάπου θα "ξεθωριάσει". Το κουνουπίδι είναι ένα φυσικό φρακτάλ μια και διαθέτει την ιδιότητα της αυτοομοιότητας. Β) Η φτέρη ανήκει στην κατηγορία των φυτών που εκδηλώνουν την ιδιότητα της αυτομομοιότητας με τον καλύτερο τρόπο. Μια φτέρη αποτελείται από φύλλα καθένα από τα οποία αποτελείται από πολλά μικρότερα. Και αυτά ακόμα τα μικρά φύλλα αποτελούνται από ακόμα μικρότερα που διατηρούν την ίδια δομή με τη φτέρη. 18

19 Όσο από πιο κοντά παρατηρούμε μια φτέρη τόσο περισσότερες λεπτομέρεις βλέπουμε και διαπιστώνουμε ότι είναι πανομοιότυπο με το προηγούμενο. Με την βοήθεια ενός προγράμματος υπολογιστή παίρνουμε εικόνες φράκταλ φτέρης που μοιάζουν εξαιρετικά με 19

20 τις φυσικές..υλοποιήσημη μοντελοποίηση με πρόγραμμα. Γ) Ας παρατηρήσουμε χάρτες που περιγράφουν ακτογραμμές σε διαφορετικές κλίμακες όπως αυτή που ακολουθεί (παρμένη από το βιβλίο Fractals for the classroom): 20

21 Αυτό που μας αποκαλύπτεται είναι μια όμοια κατανομή κόλπων και ακρωτηρίων. Μπορούμε να θεωρήσουμε ότι μια ακτογραμμή παρουσιάζει φρακταλ δομή με την έννοια ότι αν μεγεθύνεται εμφανίζονται νέοι κόλποι και ακρωτήρια και παρόλα αυτά εξακολουθεί να μοιάζει με ακτογραμμή. Το σχημα της γης Αποδεικνύεται μαθηματικά ότι το σχήμα της γης ( πεπλατυσμένο σφαιροειδές ) είναι το ιδανικό για την ελαχιστοποίηση της έλξης της βαρύτητας στα εξωτερικά της άκρα. 21

22 .Δίνεται ένα ισόπλευρο τρίγωνο με μήκος πλευράς 3l. Στο κεντρικό τμήμα κάθε πλευράς τοποθετείται ένα όμοιο τρίγωνο με μήκος πλευράς l και η διαδικασία επαναλαμβάνεται απεριόριστα, δίνοντας ως αποτέλεσμα την λεγόμενη νιφάδα τού Koch. 'Ενα άλλο βασικό χαρακτηριστικό ενός φράκταλ είναι η μαθηματική παράμετρος που ονομάζεται διάσταση fractal D. Αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό που παραμένει το ίδιο άσχετα με το πόσο πολύ θα μεγεθυνθεί το αντικείμενο ή υπό ποία γωνία θα παρατηρηθεί. Η διάσταση fractal εκφράζεται με εναν μη ακέραιο αριθμό, δηλαδή από ένα "κλάσμα", αντίθετα προς την ευκλείδεια γεωμετρία Στο παραπάνω παράδειγμα, η περίμετρος κάθε σχήματος αυξάνει σε σχέση με αυτή τού αμέσως προηγουμένου σχήματος κατά τον λόγο 4 προς 3. Η διάσταση fractal D είναι η δύναμη στην οποία πρέπει να υψωθεί το 3 για να δώσει 4, δηλαδή 3D = 4. Η διάσταση που χαρακτηρίζει την περίμετρο τού fractal του ανωτέρω σχήματος είναι log4/log3 ή πρoσεγγιστικά 1,26. Το μήκος της περιμέτρου τού fractal είναι 3l*(4/3)*(4/3)... δηλαδή άπειρο, αλλά περικλείει ένα πεπερασμένο εμβαδόν που είναι μικρότερο από το εμβαδόν τού περιγεγραμμένου κύκλου στο αρχικό τρίγωνο. Η διάσταση fractal D αποκαλύπτει ακριβώς τις λεπτές διαφορές και την πολυπλοκότητα ενός μη ευκλείδειου σχήματος. ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΗΣΗΣ ΑΠΟΙΚΙΩΝ ΜΥΡΜΗΓΚΙΩΝ. Τα μυρμήγκια αναπτύσσουν μια τεχνική για να βρουν τη συντομότερη διαδρομή από τη φωλιά τους προς την πηγή της τροφής τους και αντίθετα. Τα μυρμήγκια ξεκινούν την αναζήτηση της τροφής γύρω από την πηγή με τυχαίο τρόπο και καθώς κινούνται αφήνουν μια ποσότητα μίας ουσίας που ονομάζεται φερομόνη και με αυτό τον τρόπο μαρκάρουν το μονοπάτι που 22

23 έχουν διανύσει. Η ποσότητα της φερομόνης στο κάθε μονοπάτι εξαρτάται από την απόσταση, την ποιότητα και την ποσότητα της τροφής που βρέθηκε. Το επόμενο μυρμήγκι που θα φύγει από τη φωλιά του είναι πολύ πιθανό να ακολουθήσει τη φερομόνη που θα υπάρχει σε κάποιο μονοπάτι, αφήνοντας μια ποσότητα φερομόνης στο ίδιο μονοπάτι. Καθώς η ποσότητα φερομόνης στο συγκεκριμένο μονοπάτι όλο και αυξάνεται, όλο και περισσότερα μυρμήγκια ακολουθούν αυτό το μονοπάτι. Όμως καθώς η ώρα περνάει η φερομόνη, ιδιαίτερα από τα μονοπάτια που δεν πηγαίνουν πολλά μυρμήγκια, ελαττώνεται. Τελικά από όλα τα υπόλοιπα μονοπάτια η φερομόνη εξαφανίζεται και όλα τα μυρμήγκια ακολουθούν τελικά το ίδιο μονοπάτι, που είναι και η βέλτιστη ή η σχεδόν - βέλτιστη λύση... Η ΜΕΛΛΙΣΣΑ ΓΝΩΡΙΖΕΙ ΑΝΩΤΕΡΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ! Γιατί όμως η μέλισσα επιλέγει το κανονικό εξάγωνο και όχι το ισόπλευρο τρίγωνο ή το τετράγωνο για την κατασκευή των κελιών της κερήθρας; Ιδού το ερώτημα! 1. Αφενός μεν «κλείνει» επακριβώς το επίπεδο χωρίς κενά, αλλά είναι και το μοναδικό σχήμα με την μικρότερη περίμετρο. Δηλαδή η μέλισσα δαπανά λιγότερο κερί για την κατασκευή των κελιών της. 2. Επιπλέον αποτελεί την καλύτερη διαμέριση για την αποθήκευση μέγιστου όγκου μελιού.αποδεικνύεται με ανώτερα μαθηματικά ( λογισμό μεταβολών ) ότι αν θέλουμε να διαμερίσουμε ( να χωρίσουμε σε μικρότερα τμήματα ) ένα δοχείο ώστε να περιέχεται όσο το δυνατό μέγιστος όγκος στα κελιά της διαμέρισης αυτό επιτυγχάνετε με την επιλογή κανονικών εξαγώνων. Η μέλισσα δηλαδή γνωρίζει και ανώτερα μαθηματικά! Από όλα τα κανονικά επίπεδα σχήματα, εκείνα που η μέλισσα θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει για την κατασκευή των κελιών της, είναι τρία. Το ισόπλευρο τρίγωνο, το τετράγωνο και το κανονικό 23

24 εξάγωνο. Μόνον αυτά τα τρία γεωμετρικά σχήματα «κλείνουν» ακριβώς το επίπεδο χωρίς να αφήνουν κενά μεταξύ τους. Π.χ. τα πεντάγωνα, τα επτάγωνα, οκτάγωνα κλπ δεν «κουμπώνουν» επακριβώς μεταξύ τους,αφήνουν ενδιάμεσο κενό χώρο. (π.χ. Πενταγωνική και οκταγωνική διάταξη) Γιατί όμως η μέλισσα επιλέγει το κανονικό εξάγωνο και όχι το ισόπλευρο τρίγωνο ή το τετράγωνο; Ιδού το ερώτημα! Γνωρίζουμε ότι η μέλισσα σε κάθε κελί εναποθέτει την αυτή ποσότητα μελιού. Ας υποθέσουμε ότι το απαιτούμενο εμβαδόν για κάθε κελί είναι 1 τετραγωνική μονάδα. Αν κατασκεύαζε π.χ. τετραγωνικές κυψελίδες τότε αυτές θα είχαν πλευρά 1 μονάδα μήκους, οπότε 1 Χ 1=1 τετραγωνική μονάδα. Αν θα κατασκεύαζε ισόπλευρες τριγωνικές κυψελίδες, τι μήκος θα έπρεπε να έχει η κάθε πλευρά του ισοπλεύρου τριγώνου ώστε το εμβαδόν του να είναι ισοδύναμο με 1 τετραγωνική μονάδα; Από τον τύπο υπολογισμού του εμβαδού οποιουδήποτε κανονικού πολυγώνου επιλύουμε ως προς a και για εμβαδόν = 1 τετρ. μονάδα, βρίσκουμε ότι το τρίγωνο θα έπρεπε να έχει μήκος πλευράς ίσο με = 1,52 μονάδες μήκους. Αν κατά τον ίδιο τρόπο υπολογίσουμε το μήκος της πλευράς του ισοδύναμου κανονικού εξαγώνου, βρίσκουμε ότι το μήκος της πλευρά του ισούται με 0,62 μονάδες μήκους. Επομένως : - στην περίπτωση της τριγωνικής κατασκευής η περίμετρος του τριγώνου ισούται με 3 Χ 1,52 = 4,56 μονάδες μήκους. - στην περίπτωση κατά την οποία η μέλισσα θα κατασκεύαζε ορθογωνικά κελιά το καθένα θα είχε περίμετρο 4 Χ 1 = 4 μονάδες μήκους. - στην περίπτωση της εξαγωνικής κατασκευής η περίμετρος του κάθε κελιού ισούται με 0,62 Χ 6 = 3,72 μονάδες μήκους. Συμπέρασμα: Παρατηρούμε ότι η επιλογή του εξαγωνικού σχήματος δεν είναι τυχαία. Αφενός μεν «κλείνει» επακριβώς το επίπεδο χωρίς κενά, αλλά είναι και το μοναδικό σχήμα με την μικρότερη περίμετρο. Δηλαδή η μέλισσα δαπανά λιγότερο κερί για την κατασκευή των κελιών της. Και συνεχίζω με κάτι πιο εντυπωσιακό. Η πλευρά του εξαγώνου (=0,62) σε σχέση με την πλευρά του ισοδυνάμου τετραγώνου (=1) έχουν σχέση χρυσής τομής. Πράγματι ο λόγος 1 / 0,62 = 1,62 όπου 1,62 = φ. Ο νόμος της τέλειας αρμονίας σε όλο του το μεγαλείο. Η πλευρές δηλαδή των ισοδυνάμων τετραγώνων και 24

25 εξαγώνων σχηματίζουν το χρυσό ορθογώνιο στο οποίο ο λόγος των πλευρών ισούται με 1,62 =φ. Αρκεί να αναφέρουμε ότι όλες οι αρμονικές σχέσεις στην φύση καθορίζονται από αυτόν το ιεροκρύφιο αριθμό. Αν μετρήσεις τις μέλισσες σε μια κυψέλη οπουδήποτε στον κόσμο θα παρατηρήσεις οτι η αναλογία των θηλυκών προς των αρσενικών μελισσών καταλήγει πάντα σε έναν αριθμό... Η ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΣΧΗΜΑΤΟΣ ΜΙΑΣ ΝΙΦΑΔΑΣ ΧΙΟΝΙΟΥ " Παρατηρώντας μια νιφάδα χιονιού στο μικροσκόπιο παρατήρησα ότι είναι ένα θαύμα ομορφιάς και είναι κρίμα να μην μπορεί να ειδωθεί από όλους. Είναι ένα σχεδιαστικό αριστούργημα και κανένα δεν επαναλαμβάνεται παρά εμφανίζεται μόνο μια φορά. Τέτοια ομορφιά τι κρίμα να λιώνει και να χάνεται" Αυτά είπε ένας αγρότης των Η. Π. Α όταν με το μικροσκόπιο του και την φωτογραφική του μηχανή το 1925 απαθανάτισε τις εικόνες της απίστευτης κανονικότητας, συμμετρίας και καλαισθησίας της νιφάδας του χιονιού. ΧΙΟΝΟΝΙΦΑΔΑ Με ένα μεγεθυντικό φακό, η ομορφιά της χιονονιφάδας αποκαλύπτεται : ένα μικροσκοπικό γεωμετρικό κόσμημα, μια ζωντανή ένδειξη της περίπλοκης μορφής και της γοητείας που κρύβουν τα σχήματα της φύσης. Όπως υποδηλώνει κι ο τίτλος του βιβλίου του, ο πρώτος που έθεσε το γρίφο του εξαγωνικού σχήματος της χιονονιφάδας ήταν ο Κέπλερ : " Πρέπει να υπάρχει κάποιος λόγος για τον οποίο, όποτε χιονίζει, οι αρχικοί σχηματισμοί του χιονιού επιδεικνύουν πάντα ένα εξάγωνο σχήμα. Γιατί δεν πέφτουν νιφάδες με πέντε ή επτά γωνίες ; γιατί πάντα με έξι, δεδομένου ότι δεν πέφτουν συμπυκνωμένες, αλλά παραμένουν διάσπαρτες ; " Έχοντας μεγάλη εμπειρία σχετικά με τα σχήματα της φύσης και τα μαθηματικά τους ανάλογα, ο Κέπλερ έδωσε μια καλή εξήγηση για την εξαπλή συμμετρία της χιονονιφάδας. Γνωρίζοντας ότι το χιόνι αποτελείται από συμπυκνωμένο ατμό, θεώρησε ότι πήζει σε σταγονίδια συγκεκριμένου σχήματος που έχουν επίσης έναν συγκεκριμένο τρόπο επαφής, συμπεραίνοντας ότι : " Το εξαγωνικό σχήμα επιλέγεται από την σχηματική προσαρμογή κι από την αναγκαιότητα της ύλης, έτσι ώστε να μην υπάρχουν κενά και η 25

26 συγκέντρωση του ατμού σε σχηματισμούς χιονιού να γίνει πιο ομαλά. " Ακόμη, συνδέοντας την εξαπλή μορφή της χιονονιφάδας με την κρυσταλλική φύση του πάγου, γρήγορα κατευθύνθηκε προς την ιδέα ότι αποτελούνται από μεγάλο αριθμό πανομοιότυπων μικροσκοπικών μονάδων συνταιριασμένων σε σχήματα με κανονικότητα. Όταν λοιπόν κάποιος δει στο μικροσκόπιο μια νιφάδα του χιονιού θα θαυμάσει το συμμετρικό σχήμα της. Πρόκειται για ένα μικροσκοπικό εξαγωνικό κρύσταλλο, που αποτελείται από έξι σχεδόν όμοια πέταλα. Έτσι αν τον περιστρέψουμε κατά 60 ή κατά 120 μοίρες γύρω από το κέντρο του θα φαίνεται ακριβώς όμοιος. O κρύσταλλος δηλαδή παραμένει αναλλοίωτος κάτω από έναν τέτοιο μετασχηματισμό περιστροφής, γεγονός που χαρακτηρίζει τη συμμετρία του. Τα ζώα και τα... ανώτερα μαθηματικά Αν τα ποτάμια και οι αράχνες εντυπωσιάζουν όσους ασχολούνται με τη γεωμετρία υπάρχουν άλλα ζώα, όπως οι πυγολαμπίδες και τα τζιτζίκια που μας εισάγουν σε ανώτερα μαθηματικά. Εδώ και δεκάδες χρόνια βιολόγοι είχαν παρατηρήσει ότι οι αρσενικές πυγολαμπίδες στις όχθες ποταμών της Μαλαισίας και 26

27 της Ταϊλάνδης κατάφερναν να συγχρονίσουν τις λάμψεις τους με εκπληκτική ακρίβεια. Για την εξήγηση του φαινομένου χρειάστηκε η παρέμβαση φυσικών και μαθηματικών, όπως ο Στίβεν Στρόγκατζ από το πανεπιστήμιο Κορνέλ. «Ουσιαστικά, έχουμε να κάνουμε με ενα πρόβλημα μαθηματικών και όχι βιολογίας» λεει χαρακτηριστικά ο ίδιος ο Στρόγκατζ, ο οποίος στήριξε τις έρευνές του στη θεωρία της συζευγμένης ταλάντωσης που χρησιμοποιείται για την μελέτη συστημάτων που αλληλεπιδρούν μέσω συντονισμού. Η θεωρία της συζευγμένης ταλάντωσης πρωτοεμφανίστηκε το 17ο αιώνα, όταν μαθηματικοί της εποχής παρατήρησαν πως δυο ή περισσότερα εκκρεμή που βρίσκονταν στο ίδιο δωμάτιο, ύστερα από μεγάλα χρονικά διαστήματα, άρχιζαν να συγχρονίζονται, λόγω των δονήσεων που μετέδιδαν το ενα προς το άλλο μέσω του τοίχου! Παρεμφερή φαινόμενα συντονισμού τα οποία δεν έχουν εξηγηθεί πλήρως παρατηρούνται αρκετές φορές και σε τζιτζίκια και άλλα ζώα που παράγουν ταυτόχρονα τους ίδιους ήχους. Βιομαθηματικά σχέδια Πώς οι ζωντανοί οργανισμοί εκφράζουν πολύπλοκες συμπεριφορές και σχέδια, που δεν είναι προγραμματισμένα στο γενετικό τους κώδικα. Παρά τη χαμηλή της θέση στο δέντρο της ζωής, η αμοιβάδα Δικτυοστήλιο επιστημονικά, όπως λέγεται αυτό το είδος μούχλας, καταφέρνει να σχηματίσει θαυμάσια σπειροειδή σχήματα. Σε ποιο βαθμό αυτά τα σχέδια είναι προδιαγεγραμμένα στα γονίδια της αμοιβάδας; Υπάρχει πραγματικά γονίδιο για σπείρες; Για να απαντήσουμε στην ερώτηση αυτή πρέπει να ξέρουμε πώς οι αμοιβάδες φτιάχνουν τις σπείρες. Τα σχέδια αυτά είναι στην πραγματικότητα αποτέλεσμα μιας συλλογικής δραστηριότητας. Τα σχέδια εμφανίζονται όταν η τροφή αρχίσει να μειώνεται. Οι αμοιβάδες αρχίζουν να πλησιάζουν προς ένα σημείο και στην πορεία αυτή συνήθως σχηματίζουν μια όμορφη λεπτή σπείρα. Το 27

28 πλήθος των αμοιβάδων γίνεται όλο και πιο πυκνό και η σπείρα πιο σφιχτή. Σε κάποιο σημείο «σπάει» σε κλάδους. Τα κλαδιά παχαίνουν και καθώς όλο και περισσότερες αμοιβάδες προσπαθούν να φτάσουν στο κέντρο της σπείρας σχηματίζουν ένα σωρό, γνωστό σαν «γυμνοσάλιαγκα» (δεν έχει καμιά σχέση με το μαλάκιο γυμνοσάλιαγκας). Ο «γυμνοσάλιαγκας» είναι μια αποικία αμοιβάδων, αλλά κινείται σαν να ήταν ένας οργανισμός. Μόλις βρει ένα στεγνό μέρος προσδένεται στο έδαφος και αναπτύσσει ένα βλαστό. Στην κορυφή του βλαστού σχηματίζεται μια σφαίρα που περικλείει αμοιβάδες που μεταμορφώθηκαν σε σπόρους. Κάποια στιγμή ο αέρας παρασύρει τους σπόρους και ο κύκλος ξαναρχίζει απ' την αρχή. Πρώτοι αριθμοί και... Τζιτζίκια Τα τζιτζίκια, όμως, και συγκεκριμένα τα είδη Magicicada Septendecim και magicicada tredecim, παρουσίασαν ενα ακόμα χαρακτηριστικό για την εξήγηση του οποίου οι βιολόγοι ζήτησαν και πάλι τη βοήθεια των μαθηματικών. Και τα δυο αυτά είδη εμφανίζονται κάθε 17 και 13 χρόνια αντίστοιχα, ζευγαρώνουν, γενούν τα αυγά τους και πεθαίνουν. Το υπόλοιπο διάστημα της ζωής τους παραμένουν ως νύμφες κάτω από το έδαφος. Σημασία εδώ έχει ότι ο κύκλος εμφάνισής τους είναι πάντοτε πρώτος αριθμός, δηλαδή διαιρείται μόνο με τον εαυτό του και τη μονάδα. Το γεγονός αυτό οδήγησε αρκετούς επιστήμονες στο συμπέρασμα ότι η μαθηματική αυτή ακρίβεια τα προστατεύει από κάποιο φυσικό κίνδυνο με παρόμοια χαρακτηριστικά περιοδικής εμφάνισης. Ενα σενάριο προέβλεπε ότι το τζιτζίκι επιχειρεί να αποφύγει κάποιο παράσιτο με παρόμοιο κύκλο ζωής. Αν, λόγου χάρη, το παράσιτο εμφανίζεται κάθε 4 χρόνια, το τζιτζίκι «αποφεύγει» έναν κύκλο που διαιρείται με το 4, αν εμφανίζεται κάθε 5 αποφεύγει έναν κύκλο που διαιρείτε με το 5 κ.ο.κ. (Ο Τόμας Χόφερ, βιοφυσικός στο Πανεπιστήμιο Χούμπολτ του Βερολίνου ανακάλυψε ένα απλό σύστημα μαθηματικών εξισώσεων που αναπαράγει τόσο τις σπείρες των αμοιβάδων όσο και τα σχέδια που κάνουν κατά τη διαδικασία συγκέντρωσής τους). 28

29 Θέλοντας να εξακριβώσουμε αν πραγματικά συναντάται η ακολουθία Fibonacci στη φύση, αποφασίσαμε να πραγματοποιήσουμε μια εξόρμηση σε αυτήν. Έτσι, παρατηρήσαμε προσεχτικά τα δέντρα( τα οποία αποτελούν μέρος της κατασκευής μας) και καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι αν όχι όλα τότε τα περισσότερα ακολουθούν τις αναλογίες του Fibonacci.Τέλος, εξαίρεση αποτελούν, τα δέντρα τα οποία έχουν δεχτεί την επίδραση των ανθρώπων καθώς και εκείνα τα οποία έχουν υποστεί διάβρωση λόγω φυσικών καιρικών συνθηκών(π.χ. σεισμοί, ηφαίστεια, όξινη βροχή, χιονόπτωση, τυφώνες κ.τ.λ. ) ΕΠΙΛΟΓΟΣ Συνοψίζοντας θα πρέπει να αναφέρουμε πως με βάση τα όσα είπαμε παραπάνω και τα όσα παρατηρήσαμε κατά τη διάρκεια αυτής της εργασίας καταλήγουμε στο συμπέρασμα πως όλα γύρω μας λειτουργούν με βάση τους νόμους της φύσης και κατά συνέπεια με βάση τις αρχές των Μαθηματικών. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Βικιπαίδεια 1 ο Λύκειο Καπερνησίου Γενικές εικόνες 29

30 ΤΕΛΟΣ 30