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復數(shù)與黃金分割

2022-12-30 08:00 作者:tangkuojiang  | 我要投稿

最近聽到有人在講黃金分割,突然讓我覺得,它會不會與復數(shù)存在著什么聯(lián)系呢?,帶著這一疑問,我做了大量的計算,現(xiàn)在把結果報告和大家分享。

? ? ?1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+i))))))))))))))))))))))=

0.6180339887+0.0000000009i

如果對上述運算結果取倒數(shù),即得1.618033989-0.0000000023i

由于所有的計算步驟都是相同的,我就不寫過程了,直接給出結果。把上式中的 1+i 換成 2+2i,照同樣的方法算下去,結果是:

1.618033989+0.0000000006i

如果把式中的 1+i 換成 2,結果是0.618033989

如果把式中的 1+i 換成 3+3i,結果是0.6180339897+0.0000000004i

如果把式中的 1+i 換成 20+20i,結果是? ?1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(1+1/(20+20i))))))))))))))))))))))=0.6180339901

如果把式中的 1+i 換成 3+4i,結果是0.6180339898+0.0000000004i

如果把式中的 1+i 換成 12+27i,結果是0.6180339901

如果把式中的 1+i 換成 0.2+0.7i,結果是0.6180339879+0.0000000019i

如果把分子上的1換成 5.083203681,分母保持原樣,還按那個步驟算下去,會得到

?3.141592647+0.0000000045i

結論是,復平面上任何一個復數(shù),在保持分子為1的前題下,按上述步驟計算,那么得到復數(shù)的實部一定是非常接近 0.618 的一個數(shù),或取倒數(shù)得到實部一定是非常接近 1.618 的一個數(shù),虛部趨向于無窮小,也就是0。如果分子大于1,比如5.083203681,則可以得到圓周率的近似值3.141592647,虛部可以忽略不記,這個精度可以無限次提高。所以超越數(shù)和黃金分割數(shù)也是復數(shù)。

以上是復數(shù)與黃金分割數(shù)的關系,再來看看復數(shù)與菲波拉契數(shù)列的關系,請參看下圖。

示意圖1

圖中右斜 45度線是按菲波拉契數(shù)列給定的,線上每一個點對應一個復數(shù),這個復數(shù)的實部或虛部都是菲波拉契數(shù)列中的數(shù),且實部與虛部相等,如 2+2i,3+3i,5+5i,8+8i.....

現(xiàn)在我們用復數(shù)的乘法將這條右斜 45度線變成左斜線,且相互平行,如圖所示。

下面是計算結果,分別對應圖中的左斜線。第一組結果除外,稍后再說。

(2+2i)*(1-i)=4

(3+3i)*(1-i)=6

(5+5i)*(1-i)=10

(8+8i)*(1-i)=16


(2+2i)*(1+i)=4i

(3+3i)*(1+i)=6i

(5+5i)*(1+i)=10i

(8+8i)*(1+i)=16i


(2+2i)*(1+2i)=-2+6i

(3+3i)*(1+2i)=-3+9i

(5+5i)*(1+2i)=-5+15i

(8+8i)*(1+2i)=-8+24i


(2+2i)*(1+3i)=-4+8i

(3+3i)*(1+3i)=-6+12i

(5+5i)*(1+3i)=-10+20i

(8+8i)*(1+3i)=-16+32i


(2+2i)*(1+4i)=-9+15i

(3+3i)*(1+4i)=-15+25i

(5+5i)*(1+4i)=-24+40i

(8+8i)*(1+4i)=-39+65i

這里算出的都是左斜線上點在復平面內的座標。所有的左斜線與X軸正方向的交點即是菲波拉契數(shù)列,有的人說菲波拉契數(shù)列不是2,3,5,8……嗎?

如果把我計算得出的這個數(shù)列4,6,10,16……其中每個數(shù)都除以2,即可得到菲波拉契數(shù)列 2,3,5,8……

換句話說,菲波拉契數(shù)列很多很多,只需要把該數(shù)列中的各個數(shù)都乘以同一個正整數(shù),則它還是菲波拉契數(shù)列,即是說菲波拉契數(shù)列2,3,5,8……是數(shù)列 4,6,10,16 ……中的各個數(shù)除以 2 的一個結果,

而數(shù)列2,4,6,10,16 ……是復數(shù)運算的結果。乘法運算代表旋轉,但不完全是,不過這無關緊要。而向日葵等植物的果實排列呈現(xiàn)菲波拉契數(shù)列,這不正說明,它是按復數(shù)的運算規(guī)律旋轉排列的嗎?

由菲波拉契數(shù)列得到的黃金角是137.51?,我得到的黃金角的度數(shù)是

135?,如下圖所示:


示意圖2

想必大家注意到了圖中那個最大的正方形,它就是黃金正方形。這是我根據(jù)復數(shù)運算的對稱性得到的。其實根據(jù)復數(shù)的對稱性,它在X軸的下半部分應該還有一個與上述圖形完全對稱的圖形,那里也包含一個黃金正方形。我為什么說菲波拉契數(shù)列的黃金角137.51?不對呢,因為它破壞了對稱性

? ? ? ? ? 1 ?2 ?3 ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??

,植物的果實呈現(xiàn)出菲波拉契數(shù)列的規(guī)律其實是由復數(shù)的對稱性決定的。

而菲波拉契數(shù)列中的黃金比例正是由復數(shù)的對稱性的表現(xiàn)。

在對復數(shù)的研究過程中我還發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象,它與曼德勃羅集有關,由 ?Z2+C 在復平面上做出它的函數(shù)值的某個集合,得出的圖形的對稱中心不在座標原點,而是在復平面上,也就是說,復數(shù)的對稱軸或對稱點可以不是座標軸或座標原點。

示意圖3

上面這個圖形是 Z2 的圖形,當 Z=1時,就得到外面的大圓,將 Z=1 的函數(shù)值在放入 Z2 中就得到比外面的大圓略小一點的圓,再把這個圓上的點對應的復數(shù)代入 Z2 的運算,又得到一個比它略小一點的圓,重復上述操作 11 次,即不斷把Z的函數(shù)值代入 Z2 并迭代運算11次,就會變成 0 。

我曾設想 Z2+C 中的指數(shù)對任意正整數(shù)均成立,即將 2 換成任意正整數(shù),它的函數(shù)值仍在曼德勃羅集中,我試著把指數(shù)換成 4,6,8 并進行了計算,其函數(shù)值正好在曼德勃羅集中,恰如我所料。計算結果我就不展現(xiàn)了。


共線的任意兩個復數(shù)之積仍然共線。



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