Тысячу лет назад люди увлекались вовсе не нейросетями, а числами и их свойствами. Так, в XII веке главным трендом были загадочные числа Фибоначчи, следы которых и сейчас можно найти практически везде: от расположения лепестков на дереве до формы ураганов и галактик.
Начнем с биографии Фибоначчи Леона́рдо Пиза́нский
Несмотря на всемирную известность, имя знаменитого учёного из Италии окутано тайной. До нашего времени дошли его работы, но биография Леонардо по прозвищу Фибоначчи до сих пор остается загадкой. Он много сделал для науки своего времени, и его имя носит улица в родном городе Пиза.
Леонардо Пизанский - итальянский математик, родившийся в городе Пиза в 1170 году. Он более известен под прозвищем Фибоначчи, а благодаря научным достижениям по праву считается первым великим математиком Европы эпохи Средневековья.
Отец будущего учёного был торговцем и частенько по работе приезжал в Алжир. Иногда он брал с собой сына, благодаря этому юный гений имел возможность изучать азы математики у арабских учителей. Повзрослев, Фибоначчи самостоятельно, уже без помощи родителя, разбирается в рукописях античных математиков и учёных из Индии, путешествует по Египту, Византии и Сирии. Вскоре эти занятия вдохновили молодого Леонардо на написание собственных трактатов по математике.
Сочинение любознательного юноши под названием «Книга абака» совершило переворот в позиционной системе исчисления, поскольку в нём автор представил миру совершенно новую и наиболее приемлемую систему расчётов. Ранее для математических действий применялась римская нотация, но в сравнении с новой методикой Фибоначчи она явно проигрывала. В своей работе Леонардо описал варианты использования индийских цифр, которые ранее были менее изучены, и представил примеры решения задач, касающихся торговли. В эпоху возрождения позиционная система Фибоначчи стала повсеместно известной.
Сам математик никогда не называл себя «Фибоначчи». Это прозвище он получил позднее. По некоторым данным, так итальянского математика прозвал Гийом Либри в 1838 году. Одна из версий гласит, что слово «Фибоначчи» является сокращением названия «Книги абака». По другой версии, это слово обозначает «сын Боначчи», потому что сам Леонардо иногда подписывал свои работы как Боначчи.
Талант итальянского математика заинтересовал императора Фридриха II, и вместе с ним и его придворных, включая астролога Микаэля Скотуса, философа Теодоруса Физикуса и Доминикуса Хиспануса. В 1225 году самодержец подал идею - позвать талантливого итальянца во дворец на турнир по математике. Хорошо образованный мужчина понравился правителю и впоследствии получил императорское покровительство.
Следующие годы он проживал и занимался изучением чисел в резиденции правителя. В том же 1225 году учёный из Пизы написал труд «Книга квадратов», посвятив его диофантовым уравнениям второй степени, и благодаря ему приблизился к славе великих математиков, таких как Диофант и Ферма. В 1240 году Леонардо удостоился денежного вознаграждения за заслуги перед городом, в котором всю жизнь трудился на ниве науки.
По сегодняшний день ничего не известно о внешности учёного. Прижизненных портретов математика не осталось, а те, что имеются, представляют собой современное представление о Леонардо. Наследие Фибоначчи насчитывает несколько научных работ, биографических данных он после себя не оставил. Не установлено, был ли он женат, имел ли семью, детей - история не сохранила этих сведений, достоверно известна лишь дата его смерти - 1250 год.
Основная часть наблюдений и заметок Фибоначчи содержится в «Книге абака», работу над которой он начал в 1200 году и закончил два года спустя. Оригинальные сочинения автора не сохранились. До нашего времени дошла лишь рукопись, датированная 1228 годом. Состоит она из 15 глав, в которых содержатся все математические и алгебраические выкладки, известные учёным того времени. Первые 5 глав рассказывают об арифметике целых чисел, в основе которых содержится десятичная нумерация. 6 и 7 главы знакомят с действиями, которые можно выполнять с обыкновенными дробями. С 8 по 10 главы представлены решения задач по арифметике, в т. ч. коммерческого характера. 11 глава повествует о задачах на смещение, в 12 находятся задания на нахождение суммы рядов арифметической и геометрической прогрессии, а также числа Фибоначчи. 13 глава - по сути, сборник задач с использованием линейных уравнений, в 14 - автор рассказывает о нахождении корней квадратного и кубического уравнений, а в 15 автор собрал задания на употребление теоремы Пифагора, а также отрицательные числа.
Еще одно из известных произведений Фибоначчи - книга «Практика геометрии», написанная в 1220 году. Ее 7 частей включают в себя теоремы, которые относятся к измерительным методам, доказательства теорем тоже в ней изложены. Кроме уже имеющихся данных, автор внес в рукопись свои собственные наблюдения и открытия, к примеру, доказательство пересечения трех медиан треугольника в одной точке. До этого над подобной темой работал Архимед, но доказательства на тот момент не существовало.
К работам Фибоначчи, дошедшим до наших дней, относится сочинение «Цветок». Оно датировано 1225 годом и является результатом исследования математиком кубического уравнения. Идею подобного рода уравнения ему предложил Иоанн Палермский, но существует гипотеза, что последний заимствовал её у Омара Хайяма.
Фибоначчи много времени проводил на турнирах по математике при дворе императора и особое внимание уделял задачам, они же занимали почетное место в его сочинениях. В своих работах он собрал всевозможные математические и алгебраические задачи, решения и дополнения к ним. Задачи для турниров выбирал он сам, иногда это делал его соперник - философ императора Иоганн Палермский. Эти задачи, или аналогичные им еще долго можно было встретить в произведениях других математиков.
На примере задачи о паре кроликов, помещенных в клетку, Леонардо Пизанский вывел последовательность чисел. В задаче спрашивалось, какое количество кроликов появится через год, принимая во внимание факт, что каждый месяц у кроликов появляется новое потомство. Пизанский математик нашел ответ - 377. А открытая им последовательность носит название «числа Фибоначчи». Конечно, не только занимательные задачи о животных занимали талантливого математика, он также предлагал задания по теории чисел.
В 19 веке в Пизе - родном городе математика, появился памятник средневековому учёному Леонардо Фибоначчи. Скульптура установлена на кладбище Кампосанто. Несколько улиц в Пизе и Флоренции носят имя великого итальянца, отдавая дань его открытиям и достижениям. Кроме этого, имя математика носит научная ассоциация в Италии и издаваемый ею научный журнал. Таким образом, имя Фибоначчи не забыто потомками, его вклад в науку неоценим, последовательность чисел, открытая Фибоначчи, применяется в математике до сих пор, а на задачах (и их аналогах) выросло не одно поколение учёных - таких, как Пачиоли и Эйлер.
Что за числа Фибоначчи
Числа Фибоначчи — это последовательность чисел, которые задаются по определённому правилу. Оно звучит так: каждое следующее число равно сумме двух предыдущих. Первые два числа заданы сразу и равны 0 и 1.
Вот как выглядит последовательность Фибоначчи:
0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, … , ∞
Длиться этот числовой ряд может бесконечно, но для большинства задач обычно хватает первых десяти чисел:
- первое — 0;
- второе — 1;
- третье — 1;
- четвёртое — 2;
- пятое — 3;
- шестое — 5;
- седьмое — 8;
- восьмое — 13;
- девятое — 21;
- десятое — 34.
Ну умеем мы складывать числа друг с другом, и что с того? Можно придумать ещё несколько таких же последовательностей — например, где следующее число будет равно сумме трёх или четёрых предыдущих. Как это пригодится в науке и технике? Но обо всём по порядку.
Для начала — заберёмся чуть глубже в историю.
Как появились числа Фибоначчи
Первым эту последовательность описал итальянский учёный Леонардо Пизанский по прозвищу Фибоначчи. Он жил в XII веке и усердно изучал работы античных и индийских математиков. В них Леонардо нашёл много полезных знаний — например, что десятичная система удобнее, чем римская нотация, и что по ней проще считать.
Полученные знания Леонардо систематизировал в своём главном труде — «Книге абака». Там же появилось и первое упоминание о числах Фибоначчи — как ни странно, в контексте решения задачи о кроликах:
Задача о размножении кроликов
В огороженный загон посадили двух кроликов — самку и самца. Каждый месяц пара являет миру ещё одну пару кроликов. Вопрос: сколько пар кроликов будет в загоне через год?
Конечно, решить эту задачу не так просто, потому что на размножение кроликов влияет много факторов — например, они могут умереть или убежать. Поэтому Леонардо ограничил задачу такими условиями:
- кролики не могут умереть;
- они достигают половой зрелости за месяц;
- самки беременны ровно месяц;
- кролики всегда рождаются парами: самка + самец.
Теперь задачу вполне можно решить: ответом на неё как раз будет последовательность Фибоначчи. Логика такая: каждая взрослая пара кроликов будет создавать ещё одну пару через месяц после рождения. Эти кролики-дети будут расти месяц, а потом размножаться с другими кроликами. И так двенадцать месяцев.
Чуть лучше этот процесс можно представить с помощью этой схемы:
Смотрите, первая пара кроликов ещё совсем молодая, поэтому пока не может дать потомство. Но уже через месяц кролики подрастут и смогут размножаться — соответственно, на третий месяц пар будет уже две. Дальше количество пар будет равняться сумме пар за два предыдущих месяца, и последовательность примет уже знакомый нам вид:
Получаем ответ на задачу: 233 пары кроликов.
И в этом весь смысл чисел Фибоначчи — считать кроликов в загоне? Нет! Оказывается, Леонардо лишь приоткрыл дверь в возможности этой последовательности. Основное применение она нашла в математике, архитектуре и искусстве.
Как связаны числа Фибоначчи и золотое сечение
Архитекторы античных и средневековых городов много времени уделяли идеальным пропорциям. Они хотели создавать красивые постройки, которыми бы наслаждались все жители города. Так появилось понятие золотого сечения.
Золотое сечение — это число, которое помогает делить вещи на красивые части. Оно равно примерно 1,618. Золотое сечение можно найти так: если взять два отрезка чего-то, то большой отрезок должен быть в 1,618 раза больше маленького отрезка, а вся вещь должна быть в 1,618 раза больше большого отрезка. Это число называется «фи» и пишется так: φ.
Если коротко, когда мы слышим о золотом сечении — речь идёт о чём-то привлекательном и пропорциональном. Например, с помощью золотого сечения спроектированы знаменитые архитектурные сооружения прошлого:
Вернёмся к числам Фибоначчи. Оказывается, отношение каждого числа к предыдущему примерно равно значению золотого сечения. Правда, на первых числах последовательности этого не будет заметно:
Но если мы возьмём, например, тридцать первое число и поделим на тридцатое, то получим следующее:
И ещё пара тысяч знаков после запятой. Оно очень похоже на значение золотого сечения, но всё же не равно ему точно. А чем дальше мы идём по числам, тем ближе к нему будет приближаться это отношение.
Но и на этом применение последовательности Фибоначчи не заканчивается. Дальше мы узнаем, как эти числа использует сама природа и какое применение они нашли в программировании.
Где используются числа Фибоначчи
Числа Фибоначчи нашли своё применение не только в математике, но и в других науках и даже в творчестве. Они описывают природные явления и помогают людям больше зарабатывать на акциях. Давайте посмотрим поближе на всё это.
Числа Фибоначчи в природе
Первое, на чём можно проследить последовательность Фибоначчи, — это растения, а конкретно — подсолнух. Скорее всего, вы видели его в детстве и, возможно, даже пробовали жарить семечки на сковородке.
Оказывается, семена внутри цветка расположены в виде двух рядов спиралей — коротких и длинных. Первые наклонены по часовой стрелке, а вторые — против. Смысл в том, что количество коротких спиралей в подсолнухе равно 21, а длинных — 34. А это как раз соседние числа в последовательности Фибоначчи.
Ещё числа Фибоначчи можно встретить, если посмотреть на стебли и ветви деревьев. Каждая ветвь создаёт новые ветви, количество которых равно следующему числу в последовательности Фибоначчи.
Если говорить о золотом сечении, то по нему закручиваются панцири улиток, вихри ураганов и даже некоторые галактики. Если ещё не убеждены, что мы живём в матрице, то вот доказательства:
Как видите, природа прямо-таки пронизана магией чисел Фибоначчи, причём на всех уровнях: от семян подсолнуха до далёких галактик. Поэтому не стоит удивляться, если вдруг встретите эту последовательность где-нибудь в привычном для вас месте.
Числа Фибоначчи в искусстве и дизайне
Мы уже рассказали, как некоторые архитекторы древности и античности использовали числа Фибоначчи для создания известных построек. Давайте теперь поговорим и о других сферах искусства.
Часто художники используют золотое сечение, чтобы эстетично располагать объекты на картине и создавать гармоничные образы. Фотографы пользуются такими же хитростями:
Ещё числа Фибоначчи помогают создавать более пропорциональные лица, фигуры людей и другие элементы. Так картины приобретают реалистичный вид:
Дизайнеры тоже подхватили эту идею и начали использовать золотое сечение в своих макетах. Например, по этим правилам можно создавать более приятные глазу логотипы. В той же Apple, к слову, давно поняли, что золотое сечение — это круто. В её фирменном знаке как раз используются повторяющиеся спирали, навеянные числами Фибоначчи.
Древние греки одними из первых углубились в эту тему. Для них золотое сечение было символом красоты и гармонии. На этих принципах они даже разработали понятие канонических пропорций, которые легли в основу, например, известных античных скульптур богов, героев и атлетов.
Самый яркий пример — статуя Давида работы Микеланджело.
Однако золотое сечение — это вовсе не панацея и универсальный канон красоты. Хотя некоторые исследования показывают, что существует сходство между золотым сечением и аспектами человеческого тела, такими как пропорции лица и тела. Но прямых доказательств нет, потому что красота — неизмерима.
Числа Фибоначчи в финансах и программировании
А теперь давайте разберёмся, как последовательность Фибоначчи себя чувствует в естественной среде обитания — то есть в сферах, связанных с логикой и вычислениями.
Финансы и биржевая торговля. Трейдеры используют числа Фибоначчи для анализа изменений на рынке. Они помогают определить, когда цена акции может вырасти или упасть.
Трейдеры применяют эту последовательность в виде так называемых Фибоначчи-уровней, которые строятся на графике, чтобы определить потенциальные возможности для роста и падения стоимости акции.
Уровни Фибоначчи помогают трейдерам определить места, где цена может расти или падать. Чаще всего это происходит на трёх уровнях — 38,2%, 50% и 61,8%. Однако это работает не всегда точно, потому что на цену могут повлиять случайные факторы — например, внезапная пандемия.
Программирование. Здесь последовательность Фибоначчи используют для создания криптографических алгоритмов и 3D-моделей. А ещё, конечно же, лекторы часто добавляют в свои курсы задачки на нахождение этих чисел 🙃
Вот как алгоритм выглядит на языке Python. Функция принимает на вход номер числа в последовательности, а выдаёт — само число Фибоначчи.
def fib(n): if n in (1, 2):
return 1 return fib(n - 1) + fib(n - 2)
print (fib(10)) # Выведет 55
Работает функция так:
- Получает на вход номер числа в последовательности Фибоначчи, которое мы хотим найти.
- Далее смотрит на базовые случаи — первое или второе число последовательности. Тогда функция сразу возвращает единицу.
- Если номер числа Фибоначчи больше двух, алгоритм возвращает сумму двух предыдущих чисел последовательности — или значение этой же функции, но с меньшими аргументами. Это называется рекурсией.
- Функция будет вызывать сама себя, пока не встретится базовый случай. Тогда она передаст значение по цепочке вверх и рекурсия закончится.
Рекурсия может показаться запутанной. Поэтому мы сделали отдельную статью, где рассказываем основные принципы на жизненных примерах.
Специалисты по криптографии используют числа Фибоначчи, чтобы генерировать псевдослучайные числа. Приставка «псевдо» используется потому, что эти числа не являются по-настоящему случайными и с какого-то момента начинают повторяться.
Генераторы псевдослучайных чисел применяют для создания ключей шифрования, криптографических хеш-функций и протоколов. Смысл в том, что последовательность Фибоначчи обладает свойством непредсказуемости и значения функций не повторяются до определённого момента.
Заключение
Хотелось бы сказать спасибо сайту Скиллбокс за предоставленную информацию и изображения.
P.s В следующем посте вы найдете информацию по применению таблицы Фибоначчи на графике и настройке этой таблицы.