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【其它】閱讀數學/螞蟻也有「數感」
發表于: 2016/11/14
德國章魚哥保羅因預測足球賽事而揚名國際,烏賊也不甘示弱。日前清大研究團隊發現烏賊具有「數感」,不僅懂計算,還會評估風險。
事實上許多動物都擁有數感,包括一種名為Leptothorax albipennis的螞蟻。
挑房子時,我們會考慮坪數大小,螞蟻選巢穴也會。雖然他們沒有丈量工具,但科學家發現Leptothorax albipennis這種螞蟻會使用一種類似「布豐投針」的方法來估算洞穴面積的大小。
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布豐投針是18世紀的數學問題:在平行等距的木紋地板上,隨意拋一支長度比木紋之間距離小的針,針和木紋相交的機率等於2倍針的長度除以(木紋間距×圓周率π)。非常有趣地,竟然跟圓周率π有關係。歷史上,包括阿基米德、祖沖之等大數學家都耗費了許多時間在計算圓周率。布豐投針開闢了一條蹊徑,讓人們能用「機率」去計算圓周率。
1911年義大利數學家M. Lazzarini投下3408根長度為木紋間距5/6的針,求得π近似值為355/113=3.1415929……非常精準。不知道他花了多少時間,不過應該比阿基米德畫正九十六邊來逼近圓周率要來得輕鬆些(搞不好叫別人來拋也可以)。從方才的公式中我們可以看出,若木紋間距越大,與針交會的機率便會越小,互成反比,這正是後面會提到螞蟻所運用的重要概念。
§
看完布豐投針,我們來看看螞蟻怎麼用類似概念來估算洞穴面積的大小。
負責偵查的螞蟻第一次到達新的洞穴時會在走過的路徑上留下費洛蒙,第二次勘查時,若與第一次的路徑交會,便可以透過觸角感應到上次殘留的費洛蒙,交會頻率與洞穴大小成反比:洞穴越大,路徑交會的次數較少。洞穴越小,交會的可能性則會上升。螞蟻便藉此推估洞穴大小。
科學家還設計了一個實驗,打造兩套面積剛好差一倍的洞穴,再紀錄螞蟻探勘時留下的路徑。他們將蒐集到的數據帶入修正的公式後,求出的面積與實際相去不遠。面積的估計比值為1.96:1,相當接近2:1。也就是,螞蟻可以精確判斷出兩個洞穴的大小相對關係。
對於螞蟻,比起計算出面積,確認洞穴的大小是否適合居住更為重要。機率或許對牠們而言都是遙不可及的東西,卻在生活中完美應用,詮釋何謂數感。我們學了那麼多數學,但在應用方面,會不會連螞蟻都比不上呢?
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