2024年3月4日

斐波那契数列(Fibonacci sequence),是最著名和最令世人惊叹的数学发现之一,时至今日仍不断激励着世界各地的科学家、工程师、艺术家以及研究人员。它向我们展现了数学与自然、文化及技术流程之间深刻的联系。这一普世概念,生动地诠释了抽象的数学思想如何在人类活动的各个领域中得到实际应用,也肯定了世界上所有现象之间都存在相互关联的观点。斐波那契数列被广泛使用,也被人们用于金融市场交易中。在MetaTrader4MT4)平台上内置的图形工具中,人们可以找到绘制斐波那契回调线(Fibonacci Retracement)的选项。通过它,交易员可以识别潜在的支撑位和阻力位,以及计算可能出现的价格走势逆转点。那么,这位数学天才是谁,他的数列都包含了哪些内容呢?

列奥纳多 斐波那契(Leonardo Pisanus)

列奥纳多(Leonardo of Pisa),斐波那契(Fibonacci)是他更为人所知的名字,出生于约1170年的比萨(一个城邦,现在是意大利的一部分)。列奥纳多本人从没有称自己为“斐波那契”。已知记载中, “列奥纳多 斐波那契”这个名字第一次出现,是在神圣罗马帝国一名公证人佩里佐罗 达比萨(Perizolo da Pisa)1506年的记录中。斐波那契(Fibonacci)一词是由“filius ”和“Bonacci”这两个词缩写而来,出现在《计算之书》的封面上,其含义或许是“波那契之子”。另一种说法是,“波那契(bonacci)”可被理解为一种昵称,意为“幸运的”。这位数学家通常称自己为“波那契(Bonacci)”,尽管有时他也使用“列奥纳多 比戈洛(Leonardo Bigollo)”这个名字(“比戈洛(bigollo)”在托斯卡纳方言中意为“流浪者”或者“游手好闲的人”)。

在一个商人家庭长大的列奥纳多,从年轻时开始,就接触到商业和数学实践方面,这对他科学兴趣以及日后的成就产生了重大影响。他的父亲经常前往阿尔及利亚做生意,列奥纳多在那里跟从阿拉伯老师学习数学。后来,斐波那契又访问了埃及、叙利亚和拜占庭,熟读了用阿拉伯语翻译的古代和印度数学家的著作。利用所学到的知识,斐波那契写了多篇教学论文,其中最为重要的便是《计算之书》(拉丁语:Liber abaci),该著作首次发表于1202年,1228年出版修订版。

这本书致力于阐述和推广十进制算术,并为印度-阿拉伯数字的传播奠定了基础,其中也包括零的概念。在这本著作中,斐波那契探索了这些数字的潜力,而这些数字在以前常被人们所误解,这彻底改变了欧洲的数学运算。重要的是,《计算之书》是用简单的语言所编写,远比其古代和伊斯兰的原型要清晰易懂。这部著作中提到的主要针对商业方面的实际问题,使其声名远播、名声大噪。

斐波那契线:自然与金融交易之间的桥梁1

兔子繁殖的问题

斐波那契对数学最著名的贡献,来自于以他名字命名的那些数字。《计算之书》中概述的兔子繁殖问题,便是促使这一著名数列形成的典型案例。作者提出这个问题,是为了说明兔子种群增长的原理。具体内容如下:假设有一对刚出生的兔子,一只公兔一只母兔。兔子在一个月大的时候就开始产崽,每个月的月底,每对成年兔都可产出一对新兔子(一只公和一只母)。假如这当中没有兔子死亡,并且照此规则继续繁殖下去,那一年后,将会有多少对兔子呢?

解决这个问题的本质在于,接下来每个月成对兔子的数量应等于上一个月成对兔子数量与在此一个月内新出生的成对兔子数量之和。这是因为,每对成年兔子都会让总数中多一对兔子。因此,序列应该是这样的:(0)、1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144、233、377、610、987、1597,以此类推,其中每一个数字都是其前面两个数字的和。这个数列就是著名的斐波那契数列

与黄金比例之间的联系

斐波那契数列不仅向人们演示了人口增长的数学模型,还展示了数学与自然法则之间的相互关系,它与黄金比例有着密不可分的联系。

黄金比例的起源由来已久。一些研究表明,古埃及人可能对它已经有所认识,尤其体现在金字塔的建造中,虽然人们对证据可以通过很多方式加以解释。已知的第一个关于黄金比例原理的系统阐释,要归功于古希腊数学家欧几里得(Euclid),他在其著作《几何原本》中描述过将一个片段用“极端和平均的比例”分割。欧几里得阐述了这种分割比例的数学基础,但没有赋予它今天所具有的美学价值。在后来古希腊对于这个分割比例的实践案例中,就有著名的雅典帕特农神庙(公元前447年-438年),由伊克蒂诺(Ictinus)和卡利克拉特(Callicrates)设计建造。

文艺复兴时期,随着列昂纳多 达芬奇(Leonardo da Vinci)和勒 柯布西耶(Le Corbusier)等艺术家和建筑师开始在作品中大量使用黄金比例,来努力实现形式的和谐与完美,使得人们对黄金比例的兴趣愈加浓厚。达芬奇深入探索黄金比例,并将其运用在他的著作中,其中包括《蒙娜丽莎》(Mona Lisa)和《维特鲁威人》(Vitruvian Man)。他将黄金比例称为“神圣分割比”(Divine Proportion),并且强调了它对艺术和建筑学所产生的深刻意义。

那么, 这个“神圣分割比”究竟是什么呢?它是一个无理数,用希腊字母φ (phi)表示,约等于1.618033988749895。当分割一条线(或其他物体)时,整体与较大部分之比等于较大部分与较小部分之比,就形成了这种黄金比。

斐波那契数列与黄金分割比之间的关联体现在,越深入数列,两个连续斐波那契数之间的比率就越接近黄金比例。例如,将数字21除以数列中的前一个数字13,结果约为1.615。随着数列中数字的增加,这一比率越来越接近1.618,或者说是“神圣分割比”。

这种关联性不仅反映在数学方面,也体现在自然、艺术、建筑学以及其他领域。在这些领域中,接近黄金分割比的比例,被认为格外的协调与美观。它的独特属性和和谐理念的具体体现,使黄金分割比成为研究和应用的永恒课题。

斐波那契数列的应用

斐波那契数列与黄金分割比之间的紧密联系,使其成为人们分析与理解自然形式和现象的独特工具。斐波那契数列存在于各类科学领域的方方面面,从植物叶子与花瓣的排列到星系的螺旋。音乐方面,一些作曲家用斐波那契数来定义主旋律或者和声片段的长短,以构建他们的作品。

生物学领域,这些数字解释了叶子、枝干甚至花朵种子的排列,这有助于最大限度地暴露在阳光和其他资源下。例如,向日葵种子的数量,在一个方向上螺旋上升,而在另一个方向往往会对应连续的斐波那契数列。就像最初的兔子问题一样,这个数列可以为各种生物物种的真实种群增长场景建模。

在量子物理学中,类似斐波那契的数列可用来描述准晶体和其他复杂结构的某些特性。一些化合物分子中原子的排列,遵循类似斐波那契数列的顺序,影响着它们的物理和化学特性。在编程中,斐波那契数列被广泛用于优化理论和高效算法的开发,其中包括评估问题的复杂性、优化数据库查询以及提高系统性能。

心理学研究表明,人们在不确定的情况下进行决策时,比如当评估概率时,会直观地使用类似于斐波那契数列的原理。这种现象也被应用于金融市场交易中,将数学与市场直观地融合,关于这一点,我们将在另一篇文章中做一详细论述。


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