黃金分割比是指將整體一分為二,較大部分與整體部分的比值等于較小部分與較大部分的比值,其比值約為0.618。這個(gè)比例被公認(rèn)為是最能引起美感的比例,因此被稱為黃金分割。據(jù)說在古希臘,有一天畢達(dá)哥拉斯走在街上,在經(jīng)過鐵匠鋪前他聽到鐵匠打鐵的聲音非常好聽,于是駐足傾聽。他發(fā)現(xiàn)鐵匠打鐵節(jié)奏很有規(guī)律,這個(gè)聲音的比例被畢達(dá)哥拉斯用數(shù)學(xué)的方式表達(dá)出來。黃金分割比不僅在繪畫、雕塑、音樂、建筑等藝術(shù)領(lǐng)域,而且在管理、工程設(shè)計(jì)等方面都有著不可忽視的作用。 基本信息
尺規(guī)作圖1、設(shè)已知線段為AB,過點(diǎn)B作BC⊥AB,且BC=AB/2; 2、連結(jié)AC; 3、以C為圓心,CB為半徑作弧,交AC于D; 4、以A為圓心,AD為半徑作弧,交AB于P,則點(diǎn)P就是AB的黃金分割點(diǎn)。 事實(shí)上,在一個(gè)黃金矩形中,以一個(gè)頂點(diǎn)為圓心,矩形的較短邊為半徑作一個(gè)四分之一圓,交較長(zhǎng)邊于一點(diǎn),過這個(gè)點(diǎn),作一條直線垂直于較長(zhǎng)邊,這時(shí),生成的新矩形(不是那個(gè)正方形)仍然是一個(gè)黃金矩形,這個(gè)操作可以無限重復(fù),產(chǎn)生無數(shù)個(gè)的黃金矩形。 推廣拓展特殊的數(shù)列 設(shè)一個(gè)數(shù)列,它的最前面兩個(gè)數(shù)是1、1,后面的每個(gè)數(shù)都是它前面的兩個(gè)數(shù)之和。例如:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144·····這個(gè)數(shù)列為“斐波那契數(shù)列”,這些數(shù)被稱為“斐波那契數(shù)”。 經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)相鄰兩個(gè)斐波那契數(shù)的比值是隨序號(hào)的增加而逐漸逼近黃金分割比。由于斐波那契數(shù)都是整數(shù),兩個(gè)整數(shù)相除之商是有理數(shù),而黃金分割是無理數(shù),所以只是不斷逼近黃金分割。 黃金三角形所 謂黃金三角形是一個(gè)等腰三角形,其底與腰的長(zhǎng)度比為黃金比值,正是因?yàn)槠溲c邊的比為(√5-1)/2而被稱為黃金三角形。 將一個(gè)正五邊形的所有對(duì)角線連接起來,在五角星中可以找到的所有線段之間的長(zhǎng)度關(guān)系都是符合黃金分割比的,所產(chǎn)生的五角星里面的所有三角形都是黃金分割三角形。 黃金矩形若矩形的寬與長(zhǎng)的比等于(√5-1)/2≈0.618,那么這個(gè)矩形稱為黃金矩形(又稱根號(hào)矩形)。 黃金分割線由黃金分割點(diǎn)聯(lián)想到“黃金分割線”,并類似地給出“黃金分割線”的定義:直線L將一個(gè)面積為S的圖形分成兩部分,這兩部分的面積分別為S1、S2,如果S1:S=S2:S1,那么稱直線L為該圖形的黃金分割線。 與數(shù)列的關(guān)系讓我們首先從一個(gè)數(shù)列開始,它的前面兩個(gè)數(shù)是:1、1,后面的每個(gè)數(shù)都是它前面的兩個(gè)數(shù)之和。例如:1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144…..這個(gè)數(shù)列的名字叫做“斐波那契數(shù)列”,這些數(shù)被稱為“斐波那契數(shù)” 斐波那契數(shù)列與黃金分割有什么關(guān)系呢?經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),相鄰兩個(gè)菲波那契數(shù)的比值是隨序號(hào)的增加而逐漸趨于黃金分割比的。即f(n)/f(n+1)-→0.618…。由于斐波那契數(shù)都是整數(shù),兩個(gè)整數(shù)相除之商是有理數(shù),所以只是逐漸逼近黃金分割比這個(gè)無理數(shù)。但是當(dāng)我們繼續(xù)計(jì)算出后面更大的斐波那契數(shù)時(shí),就會(huì)發(fā)現(xiàn)相鄰兩數(shù)之比確實(shí)是非常接近黃金分割比的。 一個(gè)很能說明問題的例子是五角星/正五邊形。五角星是非常美麗的,中國(guó)的國(guó)旗上就有五顆,還有不少國(guó)家的國(guó)旗也用五角星,這是為什么?因?yàn)樵谖褰切侵锌梢哉业降乃芯€段之間的長(zhǎng)度關(guān)系都是符合黃金分割比的。 例題(1)要設(shè)計(jì)一座2m高的維納斯女神雕像,使雕 像的上部AC(肚臍以上)與下部BC(肚臍以下)的高度比,等于下部與全部的高度比,即點(diǎn)C(肚臍)就叫做線段AB的黃金分割點(diǎn),這個(gè)比值叫做黃金分割比.試求出雕像下部設(shè)計(jì)的高度以及這個(gè)黃金分割比?(結(jié)果精確到0.001) 解:設(shè)維納斯女神雕像下部的設(shè)計(jì)高度為xm,那么雕像上部的高度為(2-x)m.依題意,得(2-x)/x=x/2 x=-1+√5≈1.236或x=-1-√5(不合題意,舍去).經(jīng)檢驗(yàn),x=-1+√5是原方程的根.答:維納斯女神雕像下部的高度為1.236m.故這個(gè)黃金分割比為:(-1+√5)/2≈0.618. (2)一般認(rèn)為,如果一個(gè)人的肚臍以上的高度與肚臍以下的高度符合黃金分割,則這個(gè)人好看.一個(gè)參加空姐選拔活動(dòng)的選手,其肚臍以上部分長(zhǎng)65cm,以下部分長(zhǎng)95cm。那么她應(yīng)該穿多高的鞋子好看?(精確到1cm)[參考數(shù)據(jù):黃金分割數(shù)為(√5-1)/2,√5≈2.236] 解:設(shè)她應(yīng)該穿xcm的鞋子,依題意得:65/95+x=√5-1/2 解得x≈10. 答:她應(yīng)該穿約10cm高的鞋好看. 發(fā)展簡(jiǎn)史黃金分割最早記錄在公元前6世紀(jì),關(guān)于黃金分割比例的起源大多認(rèn)為來自畢達(dá)哥拉斯學(xué)派。公元前4世紀(jì),古希臘數(shù)學(xué)家歐多克索斯第一個(gè)系統(tǒng)研究了這一問題,并建立起比例理論。公元前300年左右歐幾里得吸收了歐多克索斯的研究成果,進(jìn)一步系統(tǒng)論述了黃金分割,其《幾何原本》成為最早的有關(guān)黃金分割的論著。 中國(guó)也有黃金分割的相關(guān)記載,雖然沒有古希臘的早,但中國(guó)的算法是由中國(guó)古代數(shù)學(xué)家自己獨(dú)立創(chuàng)造的,后傳入了印度。黃金分割在文藝復(fù)興前后,經(jīng)過阿拉伯人傳入歐洲。經(jīng)考證,歐洲的比例算法是源于中國(guó)而不是直接從古希臘傳入的。 |
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