7–11Математика

Золотое сечение: правда и мифы

Золотое сечение называют «божественной пропорцией» и находят его повсюду: в пирамидах, картинах, логотипах и человеческом лице. Часть этих историй правда, часть красивые мифы. Разбираем, что такое золотое сечение на самом деле, считаем его сами и проверяем популярные утверждения.

Для 7–11 классов.

Что такое золотое сечение

Разделим отрезок на две части так, чтобы весь отрезок относился к большей части так же, как большая часть к меньшей. Это деление и называют золотым сечением, а отношение обозначают греческой буквой φ (фи).

a / b = (a + b) / a = φ φ = (1 + √5) / 2 ≈ 1,618

Если длина всего отрезка 1, большая часть примерно 0,618, меньшая 0,382. Удивительное свойство: φ − 1 = 1/φ. То есть 1,618 − 1 = 0,618, и это ровно 1 : 1,618.

Задача

Выведите значение φ. Пусть меньшая часть 1, большая x. Составьте уравнение из определения золотого сечения и решите его.

Весь отрезок x + 1. Условие: (x + 1) / x = x / 1.

Умножаем на x: x + 1 = x², то есть x² − x − 1 = 0.

D = 1 + 4 = 5, x = (1 + √5) / 2. Отрицательный корень не подходит: длина положительна.

√5 ≈ 2,236, x ≈ 3,236 / 2 = 1,618.

Ответ: φ = (1 + √5) / 2 ≈ 1,618.

Получилось обычное квадратное уравнение 8 класса. Из него же следует и «волшебное» свойство: делим x² = x + 1 на x и получаем x = 1 + 1/x, то есть φ − 1 = 1/φ. Ничего мистического, просто алгебра.

Связь с Фибоначчи

Последовательность Фибоначчи: каждое число равно сумме двух предыдущих. 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144… Её описал итальянский математик Леонардо Пизанский, по прозвищу Фибоначчи, в 1202 году в задаче о кроликах.

Поделите каждое число на предыдущее: 2/1 = 2, 3/2 = 1,5, 5/3 ≈ 1,667, 8/5 = 1,6, 13/8 = 1,625, 21/13 ≈ 1,615, 34/21 ≈ 1,619. Отношения колеблются и всё ближе подходят к 1,618. Предел этих отношений и есть золотое сечение.

Задача

Проверьте на калькуляторе: 89/55 и 144/89. Насколько они отличаются от φ ≈ 1,6180?

89 : 55 ≈ 1,61818.

144 : 89 ≈ 1,61798.

Ответ: оба отличаются от φ меньше чем на 0,0002.

Где это правда

Подсолнух и шишки. Семечки в корзинке подсолнуха образуют спирали в двух направлениях. Если их посчитать, почти всегда получаются соседние числа Фибоначчи: 34 и 55, 55 и 89. То же у сосновых шишек и ананасов. Причина в том, как растение раскладывает новые семена: каждое следующее поворачивается на «золотой угол» около 137,5°, и так семена упаковываются плотнее всего.

Математика. В правильном пятиугольнике отношение диагонали к стороне ровно φ. Пятиконечная звезда вся состоит из золотых сечений.

Где это миф

  • Парфенон и пирамиды. Чтобы «найти» φ, обычно выбирают удобные точки для измерений. Тщательные обмеры не показывают, что строители специально использовали эту пропорцию.
  • Мона Лиза и картины. Прямоугольники, которые рисуют поверх картин, проведены произвольно. Документов, что Леонардо да Винчи строил композицию по золотому сечению, нет.
  • Идеальное лицо и тело. Пропорции людей сильно различаются, и отношение роста к высоте пупка у большинства не равно 1,618. Красоту исследования с золотым сечением надёжно не связывают.
  • Раковина наутилуса. Она закручена по красивой логарифмической спирали, но её коэффициент обычно не золотой.

Хороший урок: если долго искать нужное число, его можно найти почти везде. Это ловушка подгонки под ответ, о которой мы писали в статье о том, как читать научные новости.

Постройте сами

Задача

Нарисуйте на клетчатой бумаге квадраты со сторонами 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 клеток, прикладывая каждый новый к большей стороне предыдущего прямоугольника. Какой прямоугольник получится в конце?

Квадраты 1 и 1 дают прямоугольник 1 × 2, добавляем квадрат 2: получается 2 × 3, затем 3 × 5, 5 × 8, 8 × 13, 13 × 21.

Отношение сторон 21 : 13 ≈ 1,615.

Если провести в каждом квадрате четверть окружности, получится спираль, похожая на раковину.

Ответ: почти золотой прямоугольник 13 × 21 и спираль Фибоначчи.

Разберём на занятии

Разберём эту тему и всё, что с ней связано, на живом занятии: преподаватель видит, как ребёнок решает, и поправляет на первом неверном шаге.

Первое занятие бесплатное: можно посмотреть формат вместе с ребёнком и решить, подходит ли он.

Частые вопросы

Почему золотое сечение так популярно?

Потому что за ним стоит настоящая красивая математика, а красивые истории легко распространяются. Важно отделять одно от другого.

Правда ли, что кредитная карта размером с золотой прямоугольник?

Почти: стандартная банковская карта 85,6 × 54 мм, отношение около 1,59. Близко к 1,618, но не равно. Хороший пример того, как похожие числа принимают за золотое сечение.

Как проверить подсолнух самому?

Сфотографировать корзинку крупно и посчитать спирали, идущие по часовой стрелке, а потом против. Удобно отмечать спирали маркером на распечатке. Чаще всего получаются пары 34 и 55 или 55 и 89. Но бывают и исключения: природа не учебник, и у некоторых растений числа сбиваются. Учёные собирали такие данные тысячами, и в большинстве случаев числа Фибоначчи всё-таки находились.

Используют ли золотое сечение дизайнеры?

Иногда, как один из приёмов композиции, наряду с правилом третей. Но хороший дизайн держится не на одном числе: многие известные логотипы, которые якобы построены по φ, на деле нарисованы на глаз.

Есть ли золотое сечение на ОГЭ?

Как отдельной темы нет. Но числа Фибоначчи и рекуррентные последовательности встречаются в задачах по математике и информатике, а пропорции и квадратные уравнения нужны, чтобы вычислить φ.