13.1 Stærðfræði og listir – Stærðfræði í daglegu lífi (IS) | Námsgögn
1313 Stærðfræði og...
13.1 Stærðfræði og listir
13.1 Stærðfræði og listir
Mynd 13.2. Sólblómafræ raðast í mynstur sem tengist Fibonacci-rununni. (mynd: „Sunflower Surprise“ eftir frankieleon/Flickr, CC BY 2.0)
Námsmarkmið
Eftir að hafa lokið þessum hluta átt þú að geta:
Borið kennsl á gullinsnið og lýst því.
Borið kennsl á Fibonacci-rununa, lýst henni og notkun hennar í náttúrunni.
Beitt tengslum gullinsniðs og Fibonacci-rununnar.
Borið kennsl á gullna rétthyrninga og reiknað stærðir þeirra.
List er tjáning eða beiting mannlegrar sköpunargáfu og ímyndunarafls, oftast í sjónrænu formi á borð við málverk eða höggmynd, sem leiðir til verka sem einkum eru metin fyrir fegurð eða tilfinningalegan kraft.
Oxford-orðabókin
Listir, líkt og aðrar greinar, sameina hæfileika og reynslu við menntun. Ekki telja allir sig færa um að skapa list en í mörgum meistaraverkum koma fyrir stærðfræðileg tengsl sem hafa áhrif á það sem augað upplifir sem aðlaðandi. Náttúran er full af dæmum um slík tengsl.
Í námskeiði í kökuskreytingum færðu líklega leiðbeiningar um fjölda krónublaða þegar þú lærir að búa til blóm úr kremi. Eftir því hve stór rósin á að vera er algengt að nota 5, 8 eða 13 krónublöð. Við andlitsteikningu kemur ef til vill á óvart að augun eru um það bil mitt á milli hvirfils og höku. Í byggingarlist finnast byggingar með gullnum rétthyrningum og hlutföllum sem fegra hönnunina. Parþenon, sem var reist um 400 f.Kr., og Washington-minnisvarðinn frá okkar tímum eru tvö dæmi um slík tengsl. Þessi dæmi, sem virðast óskyld, og mörg fleiri sýna stærðfræðileg tengsl sem við tengjum við fegurð í list.
Mynd 13.3. Parþenon í Grikklandi sýnir gullinsnið. (mynd: „Parthénon“ eftir Julien Maury/Flickr, Public Domain Mark 1.0)
Gullinsnið
Gullinsnið er hlutfall sem birtist í fegurð náttúrunnar, mannslíkamanum og gullnum rétthyrningum sem algengir eru í byggingum. Það kemur fyrir í jurtum og dýrum, til dæmis krossfiskum, hunangsflugum og skeljum. Gullinsnið er oft táknað með gríska bókstafnum φ (borið fram „fí“). φ = (1 + √5)/2 og tugagildi þess er um það bil 1,618.
Skoðaðu mynd 13.3. Byggingin er í jafnvægi að stærð og hefur eðlilega lögun. Heildarformið virðist hvorki of breitt né of hátt miðað við aðrar stærðir.
Mynd 13.4. Vitruvian Man eftir Leonardo da Vinci (mynd: „Vitruvian Man“ eftir Leonardo da Vinci/Wikimedia Commons, almenningseign)
Listamenn hafa notað gullinsnið um aldir og það finnst í listaverkum allt frá um 3000 f.Kr. Leonardo da Vinci er talinn hafa náð mikilli leikni í stærðfræði gullinsniðsins, sem er áberandi í verkum hans, meðal annars Vitruvian Man á mynd 13.4. Þetta fræga meistaraverk sýnir gullinsnið í hlutföllum hugsjónalíkama.
Gullinsnið kemur nálægt ýmsum líkamshlutföllum. Hlutfall hæðar manneskju og fjarlægðar frá nafla að gólfi er φ, eða um 1,618. Bein fingranna, að þumli undanskildum, mynda einnig hlutföll sem nálgast φ. Í andlitinu eru mörg hlutföll og andlit sem þykja aðlaðandi sýna oft hlutföll nálægt gullinsniði.
Dæmi 13.1
Gullinsnið og hæð manneskju
Manneskja er 5 fet og 6 tommur á hæð. Hve langt er um það bil frá nafla hennar að gólfi, námundað að næstu tommu, ef hlutfallið er gullinsnið?
Lausn
Skref 1: Breyttu hæðinni í tommur.
5ft6in=66in
Skref 2: Reiknaðu fjarlægðina L frá nafla að gólfi.
66/𝐿=1.618𝐿=40.8in
Fjarlægðin frá nafla manneskjunnar að gólfi er um 41 tomma.
Fibonacci-runan og birtingarmyndir hennar í náttúrunni
Mynd 13.5. Krónublöð rósar mynda Fibonacci-spíral. (mynd: „rilke4“ eftir monchoohcnom/Flickr, Public Domain Mark 1.0)
Fibonacci-runan birtist með náttúrulegum hætti víða í umhverfinu, frá fjölda krónublaða á rós og spírölum könguls til blaðæða á salathöfði. Hún er notuð í listrænum túlkunum á náttúrunni til að skapa fagurfræðilega aðlaðandi og raunsæ verk, til dæmis höggmyndir, málverk, landslag og byggingar. Runa hennar hefst á 1, 1 og hver næsti liður er summa næstu tveggja liða á undan: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, …
Krónublaðafjöldi sumra blóma fylgir Fibonacci-rununni. Baldursbrá er stundum tengd leiknum „elskar mig, elskar mig ekki“, þar sem krónublöð eru plokkuð. Villt baldursbrá hefur oft 13, 21 eða 34 krónublöð, sem eru Fibonacci-tölur. Krónublaðafjöldinn tengist spírölum blómsins.
Dæmi 13.2
Fibonacci-runan notuð fyrir krónublöð rósar
Gerum ráð fyrir að þú búir til rós úr kremi og krónublöðin fylgi Fibonacci-rununni. Hve mörg krónublöð verða í röðinni á eftir röð með 13 krónublöðum?
Lausn
Fjöldi krónublaða á rós er oft lýst með Fibonacci-rununni 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, … Næsta tala er 8 + 13 = 21. Næsta röð kremrósarinnar hefur því 21 krónublað.
Tengsl gullinsniðs og Fibonacci-rununnar
Stærðfræðingar hafa um aldir rannsakað mynstur og birtingarmyndir þeirra í heiminum og halda því áfram. Eitt slíkt mynstur kemur fram í hlutföllum tveggja aðlægra liða Fibonacci-rununnar.
Munum að Fibonacci-runan er 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, … og 5 og 8 eru dæmi um aðlæga liði. Þegar hlutfall stærri tölunnar og næstu tölu á undan er reiknað, til dæmis 8/5 eða 13/8, birtist gullinsniðið. Eftir því sem stærri Fibonacci-tölur eru notaðar nálgast hlutfallið φ, gullinsniðið.
Dæmi 13.3
Gullinsnið fundið í aðlægum Fibonacci-liðum
Tuttugasta og fjórða Fibonacci-talan er 46.368 og sú tuttugasta og fimmta 75.025. Sýndu að hlutfall 25. og 24. Fibonacci-tölunnar sé um það bil φ. Námundaðu að næsta þúsundasta hluta.
Lausn
75.025/46.368 = 1,618. Hlutfall 25. og 24. liðarins er því um það bil jafnt φ, námundað að næsta þúsundasta hluta, 1,618.
Mynd 13.6. Píramídarnir í Gísa í Egyptalandi (mynd: „Giza Pyramids“ eftir Vincent Brown/Flickr, CC BY 2.0)
Gullnir rétthyrningar
Gullinsnið kemur fyrir í byggingarlist og listaverkum allt frá fornu píramídunum í Egyptalandi á mynd 13.6 til nútímabygginga á borð við höfuðstöðvar Sameinuðu þjóðanna. Forn-Grikkir notuðu gullna rétthyrninga, þar sem hlutfall lengdar og breiddar er gullinsnið, til að skapa bæði falleg og traust mannvirki. Oft eru margir gullnir rétthyrningar notaðir í sömu byggingu, til dæmis í Parþenon á mynd 13.3. Þá má einnig finna í byggingum tuttugustu aldar, svo sem Washington-minnisvarðanum.
Gullna rétthyrninga má einnig finna í málverkum. Þekkt verk á borð við Síðustu kvöldmáltíðina og Vitruvian Man eftir Leonardo da Vinci innihalda marga slíka rétthyrninga, eins og mörg önnur meistaraverk hans.
Hvort sem málverk er rammað inn eða bygging hönnuð hafa listamenn víða notað gullna rétthyrninginn, sem gjarnan er talinn sjónrænt mest aðlaðandi rétthyrningurinn.
Dæmi 13.4
Gullinn rétthyrningur fundinn í ramma
Rammi er 8 tommur á lengd og 6 tommur á breidd. Reiknaðu hlutfall hliðanna, námundað að næsta þúsundasta hluta, og ákvarðaðu hvort ramminn sé um það bil gullinn rétthyrningur.
Lausn
8/6 = 1,333. Hlutfall gullins rétthyrnings er um 1,618. Stærðir rammans nálgast því gullinn rétthyrning.
Athugaðu skilning þinn
Hvert er gildi gullinsniðs, námundað að næsta þúsundasta hluta?
Hverjir eru fyrstu tíu liðir Fibonacci-rununnar?
Hvað er gullinn rétthyrningur?
Verkefni úr hluta 13.1
1.
Manneskja er 5 fet og 2 tommur á hæð. Hve langt er um það bil frá nafla hennar að gólfi, námundað að næstu tommu?
2.
Manneskja er 6 fet og 3 tommur á hæð. Hve langt er um það bil frá nafla hennar að gólfi, námundað að næstu tommu?
3.
Fjarlægðin frá nafla manneskju að gólfi er 3 fet og 11 tommur. Hver er áætluð hæð hennar, námunduð að næstu tommu?
4.
Fjarlægðin frá nafla manneskju að gólfi er 58 tommur. Hver er áætluð hæð hennar, námunduð að næstu tommu?
5.
Broddar á ananas fylgja Fibonacci-rununni. Ef röð á ananas hefur fimm brodda, hve margir eru þeir þá um það bil í næstu stærri röð?
6.
Blöð plöntu fylgja Fibonacci-rununni. Ef blaðahópur hefur fimm blöð, hve mörg blöð eru þá í næsta minni hópi?
7.
Blaðæðar á salathöfði fylgja Fibonacci-rununni. Ef lag hefur 13 blaðæðar, hve margar eru þær þá um það bil í næsta innra lagi?
8.
Fræ sólblóms fylgja Fibonacci-rununni. Ef hringlaga lag hefur 55 fræ, hve mörg eru þau þá um það bil í næsta stærra lagi?
9.
Smáblöð á pálmablaði fylgja Fibonacci-rununni. Ef pálmablað hefur 89 smáblöð, hve mörg eru þau þá um það bil á næsta stærra pálmablaði?
10.
Nítjándi liður Fibonacci-rununnar er 4.181 og sá tuttugasti 6.765. Hver er 21. liðurinn?
11.
Tuttugasti og þriðji liður Fibonacci-rununnar er 28.657 og sá tuttugasti og fjórði 46.368. Hver er 22. liðurinn?
12.
Átjándi liður Fibonacci-rununnar er 2.584 og sá tuttugasti 6.765. Hver er 19. liðurinn?
13.
Tuttugasti og fimmti liður Fibonacci-rununnar er 75.025 og sá tuttugasti 6.765. Hver er 24. liðurinn?
14.
Tíunda Fibonacci-talan er 55 og sú ellefta 89. Sýndu að hlutfall 11. og 10. Fibonacci-tölunnar sé um það bil φ. Námundaðu að næsta þúsundasta hluta.
15.
Tuttugasta og þriðja Fibonacci-talan er 28.657 og sú tuttugasta og fjórða 46.368. Sýndu að hlutfall 24. og 23. Fibonacci-tölunnar sé um það bil φ. Námundaðu að næsta tíuþúsundasta hluta.
16.
Tuttugasta og önnur Fibonacci-talan er 17.711 og sú tuttugasta og fyrsta 10.946. Sýndu að hlutfall 22. og 21. Fibonacci-tölunnar sé um það bil φ. Námundaðu að næsta tíuþúsundasta hluta.
17.
Sextándi liður Fibonacci-rununnar er 987. Notaðu nálgunina φ ≈ 1,618 til að áætla 15. liðinn. Námundaðu að næstu heilu tölu.
18.
Tuttugasti og sjötti liður Fibonacci-rununnar er 121.393. Notaðu nálgunina φ ≈ 1,618 til að áætla 25. liðinn. Námundaðu að næstu heilu tölu.
19.
Rammi er 20 tommur á lengd og 24 tommur á breidd. Reiknaðu hlutfall hliðanna, námundað að næsta tíunda hluta, og ákvarðaðu hvort ramminn nálgist gullinn rétthyrning.
20.
Girðing er 75 tommur á lengd og 45 tommur á breidd. Reiknaðu hlutfall hliðanna, námundað að næsta tíunda hluta, og ákvarðaðu hvort hún nálgist gullinn rétthyrning.
21.
Rammi er 50 tommur á lengd. Reiknaðu breiddina, námundaða að næstu tommu, ef ramminn á að vera gullinn rétthyrningur.