ブログ

タグ:数

理科・実験 フィボナッチと神経生理

1976年,ドイツのRegensburg大学のKurt Fischerは,神経の生理学モデルを研究し,フィボナッチ数の発生をここでも発見した[177].神経繊維に沿って移動するインパルスは,ナトリウムまたはカリウムのイオンに由来し,n>=2の細胞からなる同一の膜貫通孔を通って流れる.微量のカルシウムイオンCa2+が孔に入ると,孔内のナトリウムイオンNa+の流れを止めることができる.
これらのイオンは,細孔の入り口を除いて,それぞれ1つまたは2つの細胞を占有することができ,これらの2つの状態をそれぞれ1あるいは2と標記する.図3.39は典型的な孔の状態で,0と表示したのは空の細胞である.


ナトリウムは,孔のいずれの端でも出入りすることができるが,カルシウムは孔の左側でのみ出入りできると仮定する.その結果,孔内のカルシウムイオンは,この孔を通るナトリウムの流れを妨げる.
ロシアの数学者Andrey Andreyevich Markov (1856-1922)にちなんで名付けられたこのマルコフ確率過程は,ツリー構造で表すことができる.木の頂点は細孔の可能な状態を表し,そのエッジは状態間の可能な遷移を表す.たとえば,図3.40に,5つの空でない細胞を有する孔の様々な可能な状態を示す.
図3.40


ツリーは2種類の頂点で構成されていることに注意せよ.すなわち,右端のセルに1,あるいは,右の2つのセルの中央に2があるものだ. レベル5のすべての状態は後者で,状態の右側にカルシウムが存在するため,ナトリウムイオンの右への移動がもはや実行可能ではない.図3.41に図3.40のツリー骨格が描かれている.これは図2.1のフィボナッチツリーに非常に似ている.いずれの図からも,5つの空でない細胞を有する孔は,レベル5に5=F5個の状態を有することがわかる.
図3.41


一般的に,n個の空でない細胞を有する孔は,レベルnにFn個の状態を有する.これは,レベルnの状態数がフィボナッチ再帰関係を満たすことからわかる.

1963年,カリフォルニア州サンノゼにあるサンノゼ州立大学のS.L. Basinは,”電気ネットワークに関心のある人々まで,我が友フィボナッチから逃れることはできない”[23]と書いた.ここでは,フィボナッチ数が電気ネットワークの研究にどのように現れるか示そう.

0

家庭科・調理 フィボナッチ数列の出現例

1ドル札と2ドル札のみを使い,n(整数)ドルを払う方法の数B(n)を求めましょう.

1.n=1のとき:2ドル札は0枚で,1ドル札1枚出すしか方法はありません:
  方法{1}のみで,方法の数はB(1)=1
2.n=2のとき:2ドル札0枚なら{1,1},2ドル札1枚なら{2}で,
  方法の数は B(2)=2
3.n=3のとき:2ドル札0枚なら{1,1,1},2ドル札1枚なら{2,1},{1,2}で,
  方法の数は B(3)=3
4.n=4のとき:2ドル札0枚なら{1,1,1,1},2ドル札1枚なら{2,1,1},{1,2,1},{1,1,2},2ドル札2枚なら{2,2}で,
  方法の数は B(4)=5
(ただし,同じ種類の札は区別していません)

これらの結果を考察すると,
B(n)はB(n-1)の方法に1ドル追加したものと,B(n-2)の方法に2ドル追加するものとの和になる.
2ドル追加の方法に{1,1}を追加する方法があると思う人がいるかもしれないが,
追加する2つの1のうちの始めの1は,B(n-1)個の方法に繰り込まれ,すでに存在し,それに1を追加することは,すでに前者の項に含まれている.ゆえに.
B(n)=B(n-1)+B(n-2)
かくして,この方法でnドル支払う方法の数の再帰的な定義が得られました.
これはフィボナッチ数列
1,2,3,5,8,13,21,34,55,・・・・・
の定義と同じです.

1,2,3の3つの数字を和の構成因子として,正の整数nを表現したとき,異なる表現数をb(n)とする.以下は例です.
1.1=1 b(1)=1
2.2=1+1=2 b(2)=2
3. 3=(1+1)+1=(2)+1=3 b(3)=3
4. 4=(1+1+1)+1=(2+1)+1=(3)+1=2+2 b(4)=4
5. 5=(1+1+1+1)+1=(2+1+1)+1=(3+1)+1=(2+2)+1=2+3 b(5)=5
6.6=(1+1+1+1+1)+1=(2+1+1+1)+1=(3+1+1)+1=(2+2+1)+1=(2+3)+1=3+3 b(6)=6
7.7=(1+1+1+1+1+1)+1=(2+1+1+1+1)+1=(3+1+1+1)+1=(2+2+1+1)+1=(2+3+1)+1=(3+3)+1=3+2+2 b(7)=7

n-1の展開表現の各々に1づつ加えてnの展開表現を得るが,これに加えて,新しい表現が1つできる.従って,
b(n)=b(n-1)+1=n

0

家庭科・調理 笑い話


こんなクイズを何処かで聞いたことがありませんか?1人10ドルのホテルに3人が止まり,30ドル支払いました.ホテルフロントが5ドル値引きしてくれ,女中を介して返金してきましたが,途中で女中が2ドル抜いたので,3人に渡ったのは1ドルづつです.結局,それぞれ9ドルづつ支払ことになり,全員でホテルに27ドル,女中が2ドル持っています.残りの1ドルはどこに消えたのでしょうか?
ややっこしくて変な気分ですが,お判りでしょう.27ドルと2ドルを足す意味は何でしょうか?
このような計算の笑い話は,落語のツボ算にも出てきます.買ったツボを返品するときに,支払った金額と返品するツボの値段を足してしまうのです.
数学の方程式を作るときに,左辺に足すか右辺に足すかよく意味を考えて式を作らないと,このようなとんでもないことになります.
落語の時そばでは,そば代金の16文を数える間に,8のときに時間(八つ)を混ぜ込むことで,1つスキップし金額を1文ごまかします.与太郎が真似をするときは,時間が(四つ)で,逆戻りし損をしてしまいます.これは,お金と時の呼び名という単位が異なり足すことのできないものを足すトリックです.我々ももう少し複雑な問題ではありますが.方程式を立てるときに単位の異なるものを足してしまうような式を立ててしまうことがよくあります.笑い話ではすみません.
話のついでにもう一つ,落語に出てくる不正な計算について述べましょう.落語花見酒では,酒だるを担いで売りに行く2人の間で,お金をやりとりしているうちに,お酒が全部なくなってしまう話です.これは売上金の公金横領に当たるわけですが,お金はお金でも,公金と自分の金というカテゴリーの違うものの区別ができなかったために起きた笑い話です.
最初の例に戻ると,ホテル取り分は25ドル,女中取り分は2ドル,客支払い分は3x9=27ドルで何の不思議もありません.

■読者の方から「三方一両損」の話が出ましたので,追加しておきます.
江戸っ子の職人が3両入りの財布を拾って,落とし主に届けると,落とし主はいらないと意地を張る.どちらも江戸っ子らしくていいですね.
大岡越前守が,1両出して4両にし,2両づつ分けさせる名裁きをします.
拾ったまま届けず手元に置けば3両ある.届けてもらって受け取っておけば3両ある.
奉行も関わらなければ1両出さずに済む.しかし,結局3人とも1両ずつ損をしたというのです.

0

家庭科・調理 角の3等分

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
数学月間SGK通信 [2017.11.07] No.192
<<数学と社会の架け橋=数学月間>>
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
与えられた任意の角の3等分は実在しますが,定規とコンパスだけでは,
これを作図できないということは多分ご存知でしょう.
以下は,ギリシャの幾何学者達が熱心に研究した不可能作図問題です:
(1)与えられた正立方体の2倍の体積の正立方体を作れ
(2)与えられた円と同じ面積の正方形を作れ
(3)任意に与えられた角を3等分せよ
もちろんこのような図形は実在しますが,作図手段を,「定規とコンパスだけを有限回使って」と制限して作図ができるか?という問題です.

■長さa, bの2つの線分が与えられたとき,直線定規とコンパスだけを用いて,
加法a+b,減法a-b,乗法a・b,除法a/b,開平√a
の作図が可能なことは,以下の図をご覧ください.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

定規とコンパスで作図できる長さ

これ以外の作図(例えば,立方根の作図)は定規とコンパスでは出来ません
(証明は難しいのでスキップ).

 (1)ではx3=2(a3)だから,2の立方根の作図が必要
 (2)では,x2=π(r2)だから,πという無理数の開平の作図が必要
 (3)では,x3-3x-a=0という角3等分の方程式の根であるxの作図が必要です.
[ただし,aは,与えられる角度Ω(cosΩ=a/2)により決まる]
例えば,Ω=90°(a=0)のときは,x=√3の作図になり,これは可能です.
しかし,一般角の場合,この3次式の解には3乗根が入ってきますので,作図は出来ません.
注)この角3等分の方程式の導出は以下の図をご覧ください.

 

 

 

 

 

 

 

 


任意の角度の3等分方程式

例として,Ω=60°(a=1)のときは,x3-3x-1=0となり,
p+q√r (p,q,rは有理数)の形の解を持たないので,
角の3等分の作図は(定規とコンパスでは)できません.

0