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不理解数学之美?从黄金比例开始感受它的魅力

日期: 来源:复旦大学出版社收集编辑:复旦大学出版社

据说在100 多年前,有一位心理学家做了一个有趣的试验。他精心设计了很多各式各样的矩形,然后请很多人来挑选,每个人从中选出认为是最美的矩形。结果有4个矩形被多数人认为是最美的,经测量,这4个最美的矩形的相邻的边长分别是:

5与8;8与13;13与21;21与34。

它们看上去边长协调、匀称和舒适,能够给人一种舒服优美的视觉享受。很容易算出这4个矩形的相邻的边长之比值都与0.618很接近。

早在公元前4世纪,古希腊数学家欧多克斯就提出如下问题:如何在直线段AB上确定点C,使得BCAC=ACAB?这个点C称为直线段AB上的黄金分割点。

如果设AB=1,AC=ω,


得到

我们用希腊字母ω表示这个黄金数。几千年来,这个数ω引起了广大数学家、科学家、艺术家和建筑家的浓厚兴趣。

中世纪文艺复兴时期,意大利画家列奥纳多·达·芬奇称ω为“黄金数”,他认为它有黄金般的价值。德国天文学家约加恩·开普勒称它为“珍珠数”。

在很长一段历史时期里,这个黄金数一直统治着西方建筑美学。哪里有黄金数,哪里就有优美

埃及祖孙三代金字塔

胡夫、海夫拉和门卡乌拉金字塔

胡夫金字塔建于公元前2560年,4个斜面正对东、南、西、北4个方向,误差不超过圆弧的3分(一个圆周为360°,一度为60′)。塔高为146.59米(相当于一座40层的摩天大楼),底边长为230.35米,倾角为51°52′,塔底面呈正方形,塔高与底边边长之比为146.59÷230.35≈0.636≈0.618。

胡夫金字塔

海夫拉金字塔高为143.5米,底边长为215.25米,塔高与底边边长之比为143.5÷215.25≈0.666≈0.618。

门卡乌拉金字塔高为66.4米,底边长为108.04米,塔高与底边边长之比为66.4÷108.04≈0.615≈0.618。

巴特农神庙

巴特农神庙是公元前447年开始兴建的,公元1687年毁于战争。神庙东西宽为31米,南北长为70米。东西两立面山墙顶部距离地面19米,也就是说,其立面高与宽的比例为19÷31≈0.6129≈0.618。大理石柱廊与整个神殿高度之比约为0.618。

巴黎圣母院

巴黎圣母院始建于1163年,历时182年完成。它是一座典型的哥特式教堂。正面被壁柱纵向分隔为3大块;3条装饰带又将它横向划分为3部分。立柱和装饰带把立面分为9块小的黄金矩形(两个相邻边的边长之比为ω的矩形称为黄金矩形),十分和谐匀称。外形以至门窗的宽与高之比也都约为0.618。这样可使人们除去视觉上的凌乱和偏差,加强建筑形体的美观、和谐与统一。

巴黎圣母院

人体的黄金分割点

令人惊讶的是,人体自身也和0.618密切相关,对人体解剖很有研究的达·芬奇发现,人的肚脐位于身长(从脚底到头顶)的0.618处;咽喉位于肚脐到头顶长度的0.618处;膝盖位于脚趾到肚脐的0.618处;肘关节位于指头到肩关节的0.618处,人体存在着肚脐、咽喉、膝盖、肘关节4个黄金分割点,它们也是人赖以生存的4处要害。爱神维纳斯与太阳神阿波罗的塑像,下肢与身高之比都大约为0.618。

书籍

常规的书籍有两种开本。大开本的是212×146(平方毫米),小开本的是197×136(平方毫米)。宽与长之比分别为146÷212=0.689,136÷197=0.690,宽与长的比值都接近0.618。

国旗

国旗的短边与长边之比接近0.618(是黄金矩形)。

舞台报幕

有经验的报幕员上台亮相,决不会站在舞台的边角或中央,而是站在舞台宽度的黄金点上,这样,既不羞涩畏缩,又不喧宾夺主,而显得落落大方,再加上靓丽的服饰和甜美的嗓音,一定会给观众留下美好的印象。

音乐

音乐家们发现,将手指放在琴弦的黄金点处,音乐声就益发宏亮,音色就更加和谐、优美动听。

摄影

拍风景照时,最好将人物放在相片宽度的黄金点处。

植物

有些植物的茎上,两张相邻叶柄的夹角是137°28′,有

据研究发现,这种角度对植物的通风和采光效果最佳。

黄金分割与人类生活关系相当密切

地球表面的北纬度范围是0°~90°,对其进行黄金分割(90×0.382=34.38,90×0.618=55.62),则34.38°~55.62°正是地球的黄金地带。无论从平均气温、年日照时数、年降水量、相对湿度等方面都是适于人类生活的最佳地区,这一地区几乎囊括了世界上所有的发达国家。

人体的最舒适温度

人为什么在环境22~24℃时感觉最舒适?因为人的正常体温为37℃,它与0.618的乘积为22.8℃。在这一温度区间中,肌体的新陈代谢、生理节奏和生理功能均处于最佳状态。

建筑物的内部布局

加拿大多伦多电视塔塔高为553.3米,工作厅在第7层,高340米,有340÷553.3≈0.618。


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