蜂房中有哪些数学知识? 数学规律题
蜂窝这样奇妙的六角形结构早就引起了人们的注意:为何蜜蜂要把它的蜂窝做成六角形的呢?为何不做成三角形或正方形的呢蜜蜂没有学过镶嵌理论,但是正像自然界中的许多事物一样,昆虫和兽类的建筑常常可用数学方法进行分析。自然界用的是最有效的形式——只需花费最少能量和材料的形式。不正是这一点把自然界和数学联系起来的吗?自然界掌握了求解极大极小问题、线性代数问题和求出含约束问题最优解的艺术。
现在我们就把注意力集中到小小的蜜蜂身上,看看其中蕴藏着哪些数学概念。
巢房是由一个个正六角形的中空柱撞房室,背对背对称排列组成。六角形房室之间相互平行,每一间房室的距离都相等。每一个巢房的建筑,都是以中间为基础向两侧水平展开,从其房室底部至开口处有13度的仰角,这是为了避免存蜜的流出。另一侧的房室底部与这一面的底部又相互接合,由三个全等的菱形组成。此外,巢房的每间房室的六面隔墙宽度完全相同,两墙之间所夹成的角度正好是120度,形成一个完美的几何图形。
有人说,开始蜜蜂把蜂窝做成了圆筒形状,因为蜜蜂要做成很多的圆筒,当这么多圆筒互相之间受到了来自前后左右的压力时,圆筒形便变成了六角形。从物理中力学的观点来看,六角形的结构的确比圆筒形的结构稳定。这话好像十分有道理。可是你再仔细观察蜂窝的形状,便会发现蜂窝的六角形都是连成一片的,蜜蜂从一开始便建了六角形的蜂窝,而不是先做成圆筒形的。
蜂窝的六角形到底有何好处呢?18世纪初期,法国的马拉尔奇量出了蜂窝的六棱柱尖底的菱形的角,发现了又一个很有趣的规律,那便是每个菱形的钝角都为109°28′(读作109度28分),但锐角都为70°32′。难道说这里面还有什么奥秘吗聪明的法国物理学家列奥缪拉想到:制造蜂窝的材料全是蜜蜂身上所分泌出来的蜂蜡,蜂蜡不仅耐热,而且很结实。蜜蜂为了能多分泌蜂蜡要吃好多蜂蜜才行,那样一点一滴地建造的蜂窝是十分不容易的。是不是由于蜜蜂为了节省它们的蜂蜡,还要保证蜂房的空间够大,才把蜂窝做成了六角形的形状呢?这确实是一个好想法!他请教了巴黎科学院的一位瑞士数学家克尼格,克尼格计算出的结果证明了他的猜测,可是遗憾的是计算出来的角度为109°26′与70°34′,和蜂窝的测量值仅差2′。直至1743年,苏格兰一位数学家马克罗林再次重新计算,结果竟和蜂窝的角度完全一致。原来,克尼格所使用的对数表上的资料是印错了的。
其实早在公元4世纪古希腊数学家贝波司就提出,蜂窝的优美形状,是自然界最有效经济的建筑代表。他猜想,人们所见到的、截面呈六边形的蜂窝,是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造成的。他的这一猜想被称为“蜂窝猜想”,直至1999年才由美国数学家黑尔证明。
由此看来,蜜蜂不愧是宇宙间最令人敬佩的建筑专家。它们凭着上帝所赐的天赋,采用“经济原理”——用最少材料(蜂蜡),建造最大的空间(蜂房)——来造蜜蜂的家。
你是否需要了解?
蜂房中有哪些数学知识?
让我们关注一下蜜蜂,看看它们身上隐藏着哪些数学概念。蜂房由一系列正六角形的中空柱状房室组成,这些房室背对背对称排列。六角形房室之间平行排列,每间房室的距离相等。每个巢房的建筑以中间为基础向两侧水平展开,底部至开口处有13度的仰角,以防止蜜汁流出。另一侧的房室底部与这一面底部接合,由三个全等...
蜜蜂蜂房有哪些数学知识?
1、蜜蜂蜂房是严格的六角柱状体,它的一端是平整的六角形开口,另一端是封闭的六角菱锥形的底,由三个相同的菱形组成。组成底盘的菱形的钝角为109度28分,所有的锐角为70度32分,这样既坚固又省料。蜂房的巢壁厚0.073毫米,误差极小。2、丹顶鹤总是成群结队迁飞,而且排成“人”字形。“人”字形...
蜂房中有哪些数学知识?
其实早在公元4世纪古希腊数学家贝波司就提出,蜂窝的优美形状,是自然界最有效经济的建筑代表。他猜想,人们所见到的、截面呈六边形的蜂窝,是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造成的。他的这一猜想被称为“蜂窝猜想”,直至1999年才由美国数学家黑尔证明。由此看来,蜜蜂不愧是宇宙间最令人敬佩的建筑专家。它们凭...
蜜蜂蜂房相关的数学原理
蜜蜂蜂房体现了以下数学原理:几何形状的优化:蜜蜂蜂房是严格的六角柱状体,这种形状在给定体积下具有最大的表面积,有利于蜜蜂进行高效的通风和温度调节。一端是平整的六角形开口,另一端是封闭的六角菱锥形的底,这种设计不仅美观,而且在实际建造中能够最大化利用空间,同时保持结构的稳定性。角度的精确...
蜜蜂蜂房相关的数学原理
蜜蜂,这些自然界中的建筑师,展现了令人惊叹的数学才能。它们的蜂房结构,不仅体现了对几何的精妙运用,更蕴含了节约材料的智慧。仔细观察蜜蜂的蜂房,可以发现它们采用了严格的六角柱状体设计。这种结构的一端是平整的六角形开口,而另一端则封闭成六角菱锥形的底,这个底部由三个完全相同的菱形巧妙组合...
蜜蜂蜂房相关的数学原理
蜜蜂,作为自然界中的建筑师,展现出了令人惊叹的数学天赋。它们所构建的蜂房,不仅是居所,更是对几何美学的完美诠释。这些蜂房呈现出严格的六角柱状体,一端是平整的六角形开口,而另一端则是一个封闭的六角菱锥形底,由三个精准排列的菱形构成。这个设计不仅美观,而且极具实用性。组成底盘的菱形钝角...
趣味数学故事:动物中的数学“天才”
5. 珊瑚虫堪称自然界中的数学“天才”,它们在身上刻画出“日历”,每年在体壁上形成365条斑纹,每一条代表一天。令人称奇的是,古生物学家在3亿5千万年前的珊瑚虫化石中发现,那时的珊瑚虫每年“绘制”出400幅“水彩画”,这反映了当时地球一天的时长仅为21.9小时,一年有400天。
有关数学的故事……
蜜蜂建造的蜂房是严格的六角柱状体,它的一端是平整的六角形开口,另一端是封闭的六角菱锥形的底,由三个相同的菱形组成。组成底盘的菱形的钝角为109度28分,所有的锐角为70度32分,这样的设计既坚固又省料。蜂房的巢壁厚0.073毫米,误差极小。丹顶鹤总是成群结队迁飞,而且排成“人”字形。“人”...
动物中的数学天才
这些动物的建造和迁徙行为,不仅仅是简单的本能反应,更是一种高度有序的数学智慧的体现。它们在建造巢穴、迁徙路线选择和网的编织中,都表现出对几何形状和角度的精确把握,这背后隐藏着大自然的奥秘。在自然界中,动物们通过简单的生物机制实现了复杂的设计和行为模式。从蜂房到蜘蛛网,再到丹顶鹤的迁徙...
动物中的数学天才答案
蜂房的巢壁厚度仅为0.073毫米,误差极小,显示出蜜蜂在建造巢房时的高超技艺。有趣的是,人们发现,当鹤群飞行时,它们会以特定的角度飞行,这个角度称为“人”字形角度,精确测量得出的角度是110度。更令人惊奇的是,这一角度的一半,即鹤群每边与前进方向的夹角为54度44分8秒,与金刚石结晶体的...