Что такое золотое сечение в математике

Золотое сечение это такое пропорциональное деление отрезка на неравные части, при котором весь отрезок так относится к большей части, как сама большая часть относится к меньшей.

Золотое сечение выражается числом 0, 618 (обратное ему 1,618). Обозначается греческой буквой «фи» (φ),

Числа Фибоначчи и золотое сечение

В 1202 г вышел в свет его математический труд “Книга об абаке” (счетной доске), в котором были собраны все известные на то время задачи. Одна из задач гласила “Сколько пар кроликов в один год от одной пары родится”.

Размышляя на эту тему, Леонардо Фибоначчи выстроил такой
0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, и т.д.

Он известен, как ряд Фибоначчи. Особенность последовательности чисел состоит в том, что каждый ее член, начиная с третьего, равен сумме двух предыдущих 2 + 3= 5; 3 + 5= 8; 5 + 8= 13, 8 + 13= 21; 13 + 21= 34 и т.д., а если разделить каждое из них на предыдущее, то получится: 1:1=1; 2:1=2; 3:2=1,5; 5:3=1,666 666; 8:5=1,6; 13:8=1,625; 21:13=1,615384

Если делить все большие и большие числа Фибоначчи, то можно приблизиться к отношению золотого сечения. Несмотря на то, что книга была опубликована в 1202 году числа Фибоначчи, привлекают математиков до сих пор.

В наши дни интерес к золотой пропорции возрос с новой силой. Золотые пропорции находят как в природе, так и в архитектуре, искусстве, медицине и т.д. Попробуем найти их и в художественной гимнастике. Ведь художественная гимнастика сегодня — это не просто вид спорта.

Это тандем гармонирующих друг с другом искусства и спорта. Привлекательность гимнастики в её красоте, зрелищности, изяществе.

Раньше мне казалось это все само собой разумеющимся. Когда же я стала подробно изучать элементы художественной гимнастики (предметы, их соотношение с фигурой гимнастки, строение тела спортсменок, их умение видеть прекрасное), я поняла, что практически в каждой области этого вида спорта можно разглядеть либо число из ряда Фибоначчи, либо «Божественную пропорцию».

Наука: Математика

Секция: Геометрия

  • Условия публикаций
  • Все статьи конференции

«ЗОЛОТОЕ СЕЧЕНИЕ» В МАТЕМАТИКЕ

класс 11 «Б», физико-технический лицей, г. Херсон, Украина

Радомская Валентина Александровна

научный руководитель, учитель математики высшей категории, физико-технический лицей, г. Херсон, Украина

line-height:150%">
В геометрии существует два сокровища — теорема Пифагора и деление отрезка в крайнем и среднем отношении. Первое можно сравнить с ценностью золота, второе можно назвать драгоценным камнем

Постановка проблемы. Самым известным математическим сочинением античной науки являются «Начала» Евклида (III век до н. э.), содержащее основы античной математики: элементарную геометрию, теорию чисел, алгебру, теорию пропорций и отношений, методы определения площадей и объемов и др. Именно из «Начал» Евклида к нам пришла следующая геометрическая задача, называемая задачей «о делении отрезка в крайнем и среднем отношении» (золотое сечение), сущность которой сводилась к разделению отрезка АВ точкой С в таком отношении, чтобы большая часть отрезка СВ так относилась к меньшей части АС, как отрезок АВ к своей большей части СВ.

Но задолго до Евклида о золотом сечении, судя по всему, знали еще в древнем Египте, Вавилоне и Китае. Помимо геометрии принцип золотого сечения широко использовался в живописи, скульптуре, при изготовлении музыкальных инструментов и особенно в архитектуре. Строители египетских пирамид, Парфенона, средневековых соборов, Витрувий, Фидий, Леонардо да Винчи, Пифагор, Евклид, Платон, Кеплер и Пачоли, скрипичный мастер Страдивари — вот лишь малая, но представительная часть списка тех, чьи имена так или иначе связаны с историей золотого сечения.

Можно только удивляться тому факту, что в последствии в течение многих столетий ученые не уделяли должного внимания развитию математического аппарата для моделирования «золотого» мира, который существует в реальной действительности, а ведь практическое применение принципов «Золотого сечения» и «Золотого правила», несомненно, будет способствовать развитию нашей цивилизации в правильном направлении.

Цель исследования — рассмотреть гармонию «золотого сечения».

Читайте также:  Ядохимикаты для уничтожения грызунов

Основной материал. В математике пропорцией (лат. proportio) называют равенство двух отношений: a/b = c/d.

Золотое сечение — это такое пропорциональное деление отрезка на неравные части, при котором весь отрезок так относится к большей части, как сама большая часть относится к меньшей; или другими словами, меньший отрезок так относится к большему, как больший ко всему (рис. 1):

Рисунок 1. Золотое сечение или деление отрезка в крайнем и среднем отношении

Такая задача имеет решение в виде корней уравнения:

единственный положительный корень которого

line-height:150%">
=1,61803 39887 49894 84820 45868 34365 63811 77203 …

и есть число (константа) золотого сечения.

text-align:justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%">
Как известно, это число называется числом j (PHI) в честь выдающегося греческого скульптора Фидия (Phidias), который широко использовал это уникальное число в своих скульптурах.

Термин «золотое сечение» (aurea sectio) идет от Клавдия Птолемея, который дал это название числу 0,618, убедившись в том, что рост человека правильного телосложения естественно делится именно в таком отношении. Закрепился же данный термин и стал популярным благодаря Леонардо да Винчи, который часто его использовал [3].

Вот первое поразительное свойство j:

line-height:150%;background:">
то есть

Такое невозможно ни с одним другим числом.

Вот еще одно удивительное равенство:

то есть:

К уникальным математическим свойствам золотого сечения относятся:

text-indent:1.0cm;line-height:150%">
1. Цепная дробь. Если записать уравнение (1) в виде а затем все члены тождества разделить на х, то мы придем к следующему выражению:

center;text-indent:0cm;line-height:150%">

150%">
Далее, раз за разом заменяя х в знаменателе значением (1+1/х), придем к единственной в своём роде цепной дроби:

2. Золотой радикал. Рассмотрим снова тождество Если взять корень квадратный из правой и левой частей тождества, то получим следующее выражение: Далее, если в правой части выражения вместо х подставить его же задаваемое выражение, то получим следующее:

line-height:150%">
.

3. Числа Фибоначчи. Используя цепную дробь получим бесконечную последовательность рациональных дробей:

Здесь каждое число в числителе или знаменателе равно соответственно сумме числителей и знаменателей двух предыдущих дробей. В обоих случаях имеем ряды, строящиеся по правилу третьего члена: каждый член последовательности чисел, начиная с третьего, равен сумме двух предыдущих членов [1, с. 3]. Это ряд Фибоначчи, который в простейшем классическом варианте представляет собой бесконечную последовательность чисел Fn:

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181 …

Исследуя свойства полученной числовой последовательности, Фибоначчи заметил, что отношения её соседних членов (начиная с пятого) соответствуют условиям гармонического деления. Число, выражающее сумму двух предыдущих, соотносится с большим из них так же, как большее число соотносится с меньшим. Например: .

Золотое сечение можно найти, рассматривая некоторые геометрические фигуры.

Из «Начал Евклида» известен следующий способ геометрического построения «золотого сечения» с использованием линейки и циркуля (рис.2). Построим прямоугольный треугольник ABC со сторонами AB = 1 и ВC = ½. Для начала с помощью линейки отмеряем отрезок АВ. Затем из точки В возводится перпендикуляр, равный половине АВ. Полученная точка С соединяется линией с точкой А. Треугольник АВС готов.

Рисунок 2. Геометрическое построение золотого сечения

text-indent:1.0cm;line-height:150%">
В соответствии с теоремой Пифагора сторона Проведя дугу DС с центром в точке С до пересечения с отрезком АС в точке D мы получим отрезок Проведя дугу АD с центром в точке А до её пересечения с отрезком АВ в точке Е мы получим деление АВ в точке Е «золотым сечением», поскольку

text-indent:1.0cm;line-height:150%">

text-indent:1.0cm;line-height:150%">
Отрезки золотой пропорции выражаются бесконечной иррациональной дробью AE = 0,618. если АВ принять за единицу, ВЕ = 0,382. Для практических целей часто используют приближенные значения 0,62 и 0,38. Если отрезок АВ принять за 100 частей, то большая часть отрезка равна 62, а меньшая равна 38 частям.

text-indent:1.0cm;line-height:150%">
Таким образом, хорошо известный в древнем мире простой прямоугольный треугольник с отношением катетов 1:2 мог послужить основой для открытия «теоремы квадратов», золотой пропорции и, наконец, «несоизмеримых отрезков» — трех великих математических открытий, приписываемых Пифагору.

Читайте также:  Бордюрная лента для цветников

Двумерным символом золотого сечения вправе считаться пентаграмма (пентальфа, пентагерон), обычно понимаемая как пятиугольная звезда, вписанная в правильный пятиугольник (рис. 3). В этой фигуре наблюдается удивительное постоянство отношений составляющих ее отрезков.

Рисунок 3. Пентаграмма

На рисунке 3 AD/AC = AC/CD = AB/BC = AD/AE = AE/EC. Пользуясь симметрией звезды, этот ряд равенств можно продолжить. Все эти отношения равны числу (1,618. ).

Список трёхмерных золотых тел всегда начинается со знаменитых ещё со времен Платона, позже «Начал» Евклида додекаэдра и икосаэдра — двух из пяти платоновых тел (рис. 4), то есть многогранников составленных из однотипных правильных многоугольников.

Рисунок 4. Платоновы тела

Известны также золотые призмы, эллипсоиды, ромбоэдры, 13 архимедовых тел — полуправильных многогранников составленных из правильных многоугольников двух или более типов, столько же двойственных им каталановых тел (табл. 1), составленных подобно правильным многогранникам из одинаковых, но уже неправильных многоугольников, а также множество трёхмерных тел менее благородного происхождения [1, с. 2].

Примеры архимедовых и каталановых тел [2]

Устанавливая рекомендуемое программное обеспечение вы соглашаетесь
с лицензионным соглашением Яндекс.Браузера и настольного ПО Яндекса .

Геометрия владеет двумя сокровищами:
одно из них – теорема Пифагора,
другое – деление отрезка в среднем и крайнем отношении.

И. Кеплер

Есть вещи, которые нельзя объяснить. Вот вы подходите к пустой скамейке и садитесь на нее. Где вы сядете — посередине? Или, может быть, с самого края? Нет, скорее всего, не то и не другое. Вы сядете так, что отношение одной части скамейки к другой, относительно вашего тела, будет равно примерно 1,62. Простая вещь, абсолютно инстинктивная. Садясь на скамейку, вы произвели «золотое сечение». О золотом сечении знали еще в древнем Египте и Вавилоне, в Индии и Китае. Великий Пифагор создал тайную школу, где изучалась мистическая суть «золотого сечения». Евклид применил его, создавая свою геометрию, а Фидий — свои бессмертные скульптуры. Платон рассказывал, что Вселенная устроена согласно «золотому сечению». А Аристотель нашел соответствие «золотого сечения» этическому закону. Высшую гармонию «золотого сечения» будут проповедовать Леонардо да Винчи и Микеланджело, ведь красота и «золотое сечение» — это одно и то же. А христианские мистики будут рисовать на стенах своих монастырей пентаграммы «золотого сечения», спасаясь от Дьявола. При этом ученые — от Пачоли до Эйнштейна — будут искать, но так и не найдут его точного значения. Бесконечный ряд после запятой — 1,6180339887. Все живое и все красивое — все подчиняется божественному закону, имя которому — «золотое сечение».

Анхель де Куатьэ

Золотое сечение в математике

В математике пропорцией называют равенство двух отношений: a : b = c : d .

Отрезок прямой АВ можно разделить на две части следующими способами:

на две равные части – АВ : АС = АВ : ВС ;

на две неравные части в любом отношении (такие части пропорции не образуют);

таким образом, когда АВ : АС = АС : ВС .

Последнее и есть золотое деление или деление отрезка в крайнем и среднем отношении.

Золотое сечение – это такое пропорциональное деление отрезка на неравные части, при котором весь отрезок так относится к большей части, как сама большая часть относится к меньшей; или другими словами, меньший отрезок так относится к большему, как больший ко всему

Практическое знакомство с золотым сечением начинают с деления отрезка прямой в золотой пропорции с помощью циркуля и линейки.

Из точки В восставляется перпендикуляр, равный половине АВ . Полученная точка С соединяется линией с точкой А . На полученной линии откладывается отрезок ВС , заканчивающийся точкой D . Отрезок AD переносится на прямую АВ . Полученная при этом точка Е делит отрезок АВ в соотношении золотой пропорции.

Отрезки золотой пропорции выражаются бесконечной иррациональной дробью AE = 0,618. если АВ принять за единицу, ВЕ = 0,382. Для практических целей используют приближенные значения 0,62 и 0,38. Если отрезок АВ принять за 100 частей, то большая часть отрезка равна 62, а меньшая – 38.

Читайте также:  Ремонт 2ух комнатной квартиры

Свойства золотого сечения описываются уравнением:

Решение этого уравнения:

Для нахождения отрезков золотой пропорции восходящего и нисходящего рядов можно пользоваться пентаграммой .

Для построения пентаграммы необходимо построить правильный пятиугольник. Способ его построения разработал немецкий живописец и график Альбрехт Дюрер (1471. 1528). Пусть O – центр окружности, A – точка на окружности и Е – середина отрезка ОА . Перпендикуляр к радиусу ОА , восставленный в точке О , пересекается с окружностью в точке D . Пользуясь циркулем, отложим на диаметре отрезок CE = ED . Длина стороны вписанного в окружность правильного пятиугольника равна DC . Откладываем на окружности отрезки DC и получим пять точек для начертания правильного пятиугольника. Соединяем углы пятиугольника через один диагоналями и получаем пентаграмму. Все диагонали пятиугольника делят друг друга на отрезки, связанные между собой золотой пропорцией.

Каждый конец пятиугольной звезды представляет собой золотой треугольник. Его стороны образуют угол 36° при вершине, а основание, отложенное на боковую сторону, делит ее в пропорции золотого сечения.

Проводим прямую АВ . От точки А откладываем на ней три раза отрезок О произвольной величины, через полученную точку Р проводим перпендикуляр к линии АВ , на перпендикуляре вправо и влево от точки Р откладываем отрезки О . Полученные точки d и d 1 соединяем прямыми с точкой А . Отрезок dd 1 откладываем на линию Ad 1 , получая точку С . Она разделила линию Ad 1 в пропорции золотого сечения. Линиями Ad 1 и dd 1 пользуются для построения «золотого» прямоугольника.

Золотое сечение в архитектуре

Одним из красивейших произведений древнегреческой архитектуры является Парфенон (V в. до н. э.).

На рисунках виден целый ряд закономерностей, связанных с золотым сечением. Пропорции здания можно выразить через различные степени числа Ф=0,618.

Все архитектурные сооружения, храмы и даже жилища от Древнего Египта и Древней Греции и до наших дней создавались и создаются в гармонии чисел – по правилам «Золотого Сечения».

Золотое сечение в скульптуре

Золотая пропорция применялась многими античными скульпторами. Известна золотая пропорция статуи Аполлона Бельведерского: рост изображенного человека делится пупочной линией в золотом сечении.

Еще в эпоху Возрождения художники открыли, что любая картина имеет определенные точки, невольно приковывающие наше внимание, так называемые зрительные центры. При этом абсолютно неважно, какой формат имеет картина – горизонтальный или вертикальный. Таких точек всего четыре, они делят величину изображения по горизонтали и вертикали в золотом сечении, т.е. расположены они на расстоянии примерно 3/8 и 5/8 от соответствующих краев плоскости.

Золотое сечение в шрифтах и бытовых предметах

Золотое сечение в биологии

Среди придорожных трав растет ничем не примечательное растение – цикорий. Приглядимся к нему внимательно. От основного стебля образовался отросток. Тут же расположился первый листок.

Отросток делает сильный выброс в пространство, останавливается, выпускает листок, но уже короче первого, снова делает выброс в пространство, но уже меньшей силы, выпускает листок еще меньшего размера и снова выброс. Если первый выброс принять за 100 единиц, то второй равен 62 единицам, третий – 38, четвертый – 24 и т.д. Длина лепестков тоже подчинена золотой пропорции. В росте, завоевании пространства растение сохраняло определенные пропорции. Импульсы его роста постепенно уменьшались в пропорции золотого сечения.

Золотое сечение в частях тела

Сопоставляя длины фаланг пальцев и кисти руки в целом, а также расстояния между отдельными частями лица, также можно найти "золотые" соотношения:

Скульпторы утверждают, что талия делит совершенное человеческое тело в отношении золотого сечения. Измерения нескольких тысяч человеческих тел позволили обнаружить, что для взрослых мужчин это отношение равно в среднем примерно 13/8 = 1,625

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *