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ggb与有趣的黄金分割及斐波那契数列

刘护灵 geogebra与数学深度融合 2022-07-17
提起五角星,大家一定会想起我们庄严的国旗上五颗金光闪闪的五角星,或者想到人民解放军帽徽上的红五角星。五角星美观、大方、和谐、庄重,那么它是怎么精确的画出来的呢?
原来它和“黄金分割”有密切的联系。

上面是笔者利用geogebra绘制的红色五角星。
当然几何画板也能绘制,如下效果:

利用geogebra绘制的红色五角星旋转起来更加容易,直接拖动即可,而且利用滑条参数,可以随意改变大小。效果如下:

改成有立体感的效果也行:

那么在geogebra如何绘制出精确的五角星呢?

先给大家看看一下最初的静态图形:

原来是要先画一个正五边形!
画正五边形的方法很多!而且可以尺规作图!
本例用到了黄金分割的方法。
黄金分割知识知多少
黄金比又称黄金律,是指事物各部分间一定的数学比例关系,即将整体一分为二,较大部分与较小部分之比等于整体与较大部分之比,其比值约为1∶0.618,即长段为全段的0.618。0.618被公认为最具有审美意义的比例数字。上述比例是最能引起人的美感的比例,因此被称为黄金分割。应用在生活中有神奇魅力。

概念

把一条线段分割为两部分,使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比。其比值是(√5-1):2,取其小数点后三位的近似值是0.618。由于按此比例设计的造型十分美丽柔和,因此称为黄金分割,也称为中外比。这是一个十分有趣的数字,我们以0.618来近似,通过简单的计算就可以发现: 1÷0.618≈1.618或

(1-0.618)÷0.618≈0.618 或1÷﹙1+0.618﹚≈0.6185或5开平方根之后减一的差除以二。

这个数值的作用不仅仅体现在诸如绘画雕塑音乐、建筑等艺术领域,而且在管理、工程设计等方面也有着不可忽视的作用。在我们生活中比比皆是……

黄金比与数列的关系

让我们首先从一个数列开始,它的前面两个数是:1、1,后面的每个数都是它前面的两个数之和。例如:1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144…..这个数列的名字叫做“斐波那契数列”,这些数被称为“斐波那契数

斐波那契数列与黄金分割有什么关系呢?经研究发现,相邻两个菲波那契数的比值是随序号的增加而逐渐趋于黄金分割比的。即f(n)/f(n+1)-→0.618…。由于斐波那契数都是整数,两个整数相除之商是有理数,所以只是逐渐逼近黄金分割比这个无理数。但是当我们继续计算出后面更大的斐波那契数时,就会发现相邻两数之比确实是非常接近黄金分割比的。

一个很能说明问题的例子是五角星/正五边形五角星是非常美丽的,中国的国旗上就有五颗,还有不少国家的国旗也用五角星,这是为什么?

因为在五角星中可以找到的所有线段之间的长度关系都是符合黄金分割比的。

线段的黄金分割尺规作图

1、设已知线段为AB,过点B作BC⊥AB,且BC=AB/2;

2、连结AC;

3、 以C为圆心,CB为半径作弧,交AC于D;

4、以A为圆心,AD为半径作弧,交AB于P,则点P就是AB的黄金分割点。

geogebra作正五边形的方法:


作法选用了笔者崇敬的华南师范大学附属中学名教师的罗碎海老师的作法:


参照上面的解释,您也能做出来!


顺便提一下:罗老师的书籍封面是这样的:

笔者一直对两罗(罗增儒、罗碎海)非常敬仰。他们的书籍是我经常阅读的。从中我体会到了数学的美,感受到了数学解题的乐趣,现在我的写作也经常以他们的书籍作为引用文献。
……

本来笔者想做一个这样的微课,这个作法并不困难啊。各位读者看了上面的介绍一定能够自己作出来的。


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