III. Золотое сечение в математике.

Отрезок прямой АВ можно разделить точкой C на две части следующими способами:

· на две равные части АВ: АC = АВ: ВC;

· на две неравные части в любом отношении (такие части пропорции не образуют), таким образом, когда АВ: АC = АC: ВC.

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

Алгебраически «золотое сечение можно выразить следующим образом: AB: AC = AC: (AB – AC), откуда AC = AB: 2 (√5 – 1) ≈ 0,62 AB. Число 0,62 обозначено буквой φ, в честь древнегреческого скульптора Фидия. Число j, называемое золотым сечением, входит в тройку самых известных иррациональных чисел, то есть таких чисел, десятичные представления которых бесконечны и не периодичны. Остальные два: это p – отношение длины окружности к диаметру и е – основание натуральных логарифмов.

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.

Доказательство:

Из DABC по теореме Пифагора имеем: AC² = AB² + CB², так как AC= AD + DC то
(AD + DC)² = AB² + CB² ,

по построению AD = AE, DC = CB= ½ AB.

Из этих равенств следует (AE + ½ AB)² = AB² + AB²/3

AE² + AE*AB=AB²

Разделим обе части равенства на АЕ*АВ:

АВ –АЕ = ЕВ =>отсюда следует, что точка Е – золотое сечение отрезка АВ.

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 – 38 частям.

Свойства золотого сечения описываются уравнением: x² – x – 1 = 0.

Решение этого уравнения:

Для нахождения отрезков золотой пропорции восходящего и нисходящего рядов можно пользоваться пентаграммой. Пентаграмма представляет собой вместилище «золотых пропорций».

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 равнаDC. 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.

Интересно, что стороны пентаграммы, пересекаясь, образуют снова правильный пятиугольник, в котором пересечение диагоналей дает нам новую пентаграмму, а в пересечении ее сторон мы снова видим правильный пятиугольник, открывающий возможность построения новой пентаграммы. И так далее до бесконечности.

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.

Широкое распространение получили так называемые «золотые фигуры», имеющие в своей основе «золотое сечение». Прямоугольник с «золотым» отношением сторон а:b=φ:(φ-1) стали называть «золотым прямоугольником». Он также обладает интересными свойствами. Если от золотого прямоугольника со сторонами а и b (где а>b) отрезать квадрат со стороной b, то получим прямоугольник со сторонами b и а-b, который тоже золотой. Продолжая этот процесс, мы каждый раз будем получать прямоугольник меньших размеров, но опять золотой. Этот процесс можно продолжать до бесконечности. А если провести диагональ первого и второго прямоугольника, то точка их пересечения будет принадлежать всем получаемым золотым прямоугольникам. А если соединить противоположные вершины квадратов плавной линией, то получим кривую, которая называется «золотой спиралью». Точка S, с которой она начинает раскручиваться, называется полюсом. Отрезки, соединяющие точку S с точками спирали, называются полярными радиусами.

Французский ученый Пьер Вариньон (1654-1722) назвал эту спираль логарифмической, поскольку логарифм расстояния движущей точки М от полюса S изменяется пропорционально углу поворота &. Одно из важнейших свойств этой кривой состоит в том, что она пересекает под постоянным углом все прямые, выходящие из полюса S.

«Золотой треугольник» - это равнобедренный треугольник, у которого отношение длины боковой стороны к длине основания равняется 1,618. Есть и «золотой кубоид» - это прямоугольный параллелепипед с ребрами, имеющими длины 1,618; 1; 0,618.

Болгарский журнал «Отечество» в 1983 г. опубликовал статью Цветана Цекова-Карандаша «О втором золотом сечении», которое вытекает из основного сечения и дает другое отношение 44:56. Такая пропорция обнаружена в архитектуре, а также имеет место при построении композиций изображений удлиненного горизонтального формата.