黄金分割在建筑上的应用.doc

题目：论黄金分割在建筑中的应用学院：化学与环境工程学院学号：100830132姓名：薛珂时间：2012.12.21【数学的美与理】考试论文论黄金分割在建筑中的应用Theory of the application of the golden section in the building黄金分割Golden Section又称美学分割，最早见于古希腊和古埃及。黄金分割又称黄金率、中外比，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，其比值为10.618或1.6181，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。黄金分割律的确切值为(5-1)/2 ，即黄金分割数，而0.618又被称为黄金分割率。这是一个十分有趣的数字，我们以0.618 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。其比值是一个无理数，取其前三位数字的近来近似，通过简单的计算就可以发现： 1/0.618=1.618 (1-0.618)/0.618=0.618 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。让我们首先从一个数列开始，它的前面几个数是：1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144.这个数列的名字叫做菲波那契数列，这些数被称为菲波那契数。特点是即除前两个数（数值为1）之外，每个数都是它前面两个数之和。菲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。由于菲波那契数都是整数，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菲波那契数时，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，我们的国旗上就有五颗，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。正五边形对角线连满后出现的所有三角形，都是黄金分割三角形。由于五角星的顶角是36度，这样也可以得出黄金分割的数值为2Sin18。黄金分割点约等于0618：1是指分一线段为两部分，使得原来线段的长跟较长的那部分的比为黄金分割的点。线段上有两个这样的点。利用线段上的两黄金分割点，可作出正五角星，正五边形。 2000多年前,古希腊雅典学派的第三大算学家欧道克萨斯首先提出黄金分割。所谓黄金分割，指的是把长为L的线段分为两部分，使其中一部分对于全部之比，等于另一部分对于该部分之比。而计算黄金分割最简单的方法，是计算斐波契数列1，1，2，3，5，8，13，21，.后二数之比2/3,3/5,4/8,8/13,13/21,.近似值的。黄金分割在文艺复兴前后，经过阿拉伯人传入欧洲，受到了欧洲人的欢迎，他们称之为金法，17世纪欧洲的一位数学家，甚至称它为各种算法中最可宝贵的算法。这种算法在印度称之为三率法或三数法则，也就是我们现在常说的比例方法。其实有关黄金分割，我国也有记载。虽然没有古希腊的早，但它是我国古代数学家独立创造的，后来传入了印度。经考证。欧洲的比例算法是源于我国而经过印度由阿拉伯传入欧洲的，而不是直接从古希腊传入的。黄金分割在造型艺术中具有美学价值，在工艺美术和日用品的长宽设计中，采用这一比值能够对人的视觉产生适度的刺激，长短比例正好符合人的视觉习惯，因此，使人感到悦目，在实际生活中的应用也非常广泛，建筑物中某些线段的比就科学采用了黄金分割，舞台上的报幕员并不是站在舞台的正中央，而是偏在台上一侧，以站在舞台长度的黄金分割点的位置最美观，声音传播的最好。就连植物界也有采用黄金分割的地方，如果从一棵嫩枝的顶端向下看，就会看到叶子是按照黄金分割的规律排列着的。在很多科学实验中，选取方案常用一种0.618法，即优选法，它可以使我们合理地安排较少的试验次数找到合理的西方和合适的工艺条件。黄金分割在建筑、文艺、工农业生产和科学实验中有着广泛而重要的应用，在建筑物中某些线段的比就科学地采用了黄金分割。黄金分割被认为是建筑和艺术中最理想的比例。建筑师们对数字0.618特别偏爱，世界上最有名的建筑物中几乎都包含“黄金分割比”。无论是古埃及的金字塔、古希腊的帕特农神殿、古埃及胡佛金字塔、印度泰姬陵、中国故宫、法国巴黎圣母院这些著名的古代建筑，还是遍布全球的众多优秀近现代建筑， 尽管其风格各异，但在构图布局设计方面, 都有意无意地运用了黄金分割的法则, 给人以整体上的和谐与悦目之美。黄金分割率就像它的名字一样，是一笔神秘而又美丽的宝藏。在我国的故宫建筑中，我国建筑史学家傅熹年把紫禁城的院落面积和宫殿位置进行了测量，他测出太和门庭院的深度为130米，宽度为200米，其长宽比为：130：200065，与0618的黄金分割率十分接近。从紫禁城最重要的宫殿-太和殿上，暂时还没有找到与黄金分割有关的证据。但是如果我们把太和殿放在中轴线上从大明门到景山这个尺度上衡量时，情况就会发生变化。中国古代建筑的传统审美观点是庭院中心。从大明门到景山的距离是25公里，而从大明门到太和殿的庭院中心是15045公里，两者的比值为15045比250618，正好与黄金分割率等同。这组数据让我们突然悟出了明代设计者为什么把大明门放在距离紫禁城如此遥远的地方，甚至不惜拆除元大都的南面城墙。以前我们总是直觉地认为这是为了延长宫殿的序幕，使进入宫殿的人产生一种期待值。但是，数字却成为建筑的位置的详细注脚。俯瞰紫禁城，中轴线上“门”及其它宫殿建筑的排列并不等距，疏密不同的间隔，可以产生出韵律感。从天安门至午门，一道狭长的空间，中间以端门相隔。端门的位置近天安门而远午门，并不取中。两段距离之比，大约为4比9左右。其比值0.692，接近于黄金分割律的0.618。端门至午门，午门至太和门的距离比，大约为17比8，比值也接近黄金分割点。再向前，午门、太和门、太和殿三点排列，太和门约略处于前后等距的位置上。然而，太和门前，五座内金水桥并列于中轴线上，起到分割线段的作用。内金水桥的位置偏近于午门，在午门与太和门之间形成黄金分割。同时，以这五座桥与太和门的距离，来比较太和门至太和殿的距离，也会获得一个接近于黄金分割律的数值。没有证据表明这种美的比率在中国古代宫殿中的运用是受到了西方建筑的影响，只能说明人类对美的追求有着共通的成分，验证了黄金分割率的天然合理性。朗香教堂，柯布西耶的收山之作。勒柯布西耶的惊世之作朗香教堂推翻了他在1920年代与1930年代时极力主张的理性主义原则和简单的几何图形，其带有表现主义倾向的造型震动了当时整个建筑界。这个教堂规模很小，内部的主要空间长约25米，宽约13米，连站带坐只能容纳200来人。教堂大屋顶用两层钢筋混凝土薄板构成，两层之间最大的距离达2.26米，在边缘处两层薄板叠合起来，向上翻起，仿佛由无形的力量悬吊着，整个屋面自西向东倾斜向上，墙体也随着屋顶的上升直指苍穹。朗香教堂的平面不规则，墙体几乎全是弯曲和倾斜的。墙面上有一些大大小小随机排布的窗洞，洞口多外小内大，从室外摄入的光线经倾斜粗糙的窗洞侧壁漫反射后，形成弥漫晕染般的光影效果。教堂建筑运用两组黄金分割矩形，而且在竖向所成的横线是为高度上的黄金分割，整体上几组分割不近相同，十分匀称，均衡，和谐。如附图所示，在“上帝的耳道”上充分的发挥了它的设计。位于上海黄浦江畔的东方明珠塔，是亚洲第一，世界第三高塔，它的塔身竟高达462.85 米，仿佛一把刺天长剑，直冲云霄。要建造这样高而瘦长搭塔身，在造型上难免有些单调，为了美化塔身，设计师巧妙地在塔身上装置了晶莹耀眼的上球体、下球体和太空舱，它既可供游人登高俯瞰城市景色，又使笔直的塔身有了曲线变化，更妙的是，设计师有意将上球体选在 295 米 之间的位置，这个位置恰好在塔身 5 比 8 的地方，这 0.618 的比值，使塔身显得非常协调、美观。古希腊神的形象，是按照人的裸体比例美学来塑造的。虽然古代人崇拜神，但由于雕塑家是按照现实生活中的人体美去创造美的形象的，因而这些完美的雕像的各部分比例几乎都蕴含着58黄金分割。 58的比值不仅是属于西方世界的比例观念，它历经埃及、希腊直至以后的罗马等时代，迄今这个比例观念仍是人类的共同审美规律。维纳斯雕像所创造的美，成了黄金分割比值最理想的范本，为后世的艺术树立了不朽的光辉典范。这尊完美雕像的各部分比例几乎都蕴含着5：8的黄金分割比值，而据说维纳斯雕像的肚脐到脚底的距离（相当于长边）和她整个身体的长度比，就是黄金比例的最佳范本，因此深具古典美。中外历代雕塑更能说明问题。与前面提到的米罗的维纳斯一样，古希腊雕塑大多把人体比例规范被确定为7个头长,到后期又确定为8个头长。同时,几何学中的黄金分割又被认为是美的比例运用到美术创作中。如希腊雕塑的典范作品持矛者塑造了一个体格强壮、动作从容的青年战士的形象，从这个形象上体现了作者对“黄金分割”这一最和谐的人体比例关系的探索和应用。中国佛教造像对规格尺寸和比例也十分讲究，因为十方诸佛均具有三十二相，八十种随形好，经过无量劫修菩萨行，终成无上正等正觉，故具有凡夫所不能有的殊妙庄严，上至肉髻、螺发，下至足底法轮纹样，佛身的每一处都有一定的尺寸比例，如浙江天台山的佛教造像就是一例：诸佛佛像的全身总长度（自肉髻顶端至脚踵根）共可分成120等分，由肉髻顶端至腰部为48等分，由腰部至足跟底为72等分。以全身总长度和腰以下部分相比，为1：0.6，这个比例与“黄金分割率”极为相近，说明诸佛的体态符合世界公认的最完美的比例。在现代建筑中，许多著名的大建筑师都在他们的设计中运用“黄金分割比”，如米斯凡德洛（Ludwig Mies Van der Rohe，1886-1969）的别墅，勒柯布西耶（Le Corbusier，1887-1965）朗香教堂（La chapella de Ronchamp)等。而在一些摩天建筑中使用“黄金分割点”进行处理，能使平直单调的塔身变得丰富多彩；在这类高层建筑物的黄金分割处布置腰线或装饰物，则可使整个楼群显得雄伟雅致。举世闻名的法国巴黎埃菲尔铁塔、当今世界最高建筑之一的加拿大多伦多电视塔（553.33米），都是根据黄金分割的原则来建造的。上海的东方明珠广播电视塔，塔身高达468米。为了美化塔身，设计师巧妙地在上面装置了晶莹耀眼的上球体、下球体和太空舱，既可供游人登高俯瞰地面景色，又使笔直的塔身有了曲线变化。更妙的是，上球体所选的位置在塔身总高度58的地方，即从上球体到塔顶的距离，同上球体到地面的距离大约是58这一符合黄金分割之比的安排，使塔体挺拔秀美，具有审美效果。 就像在建筑与雕塑中一样，神奇的“黄金分割比”自古至今也出现在许多伟大画家的著名作品中，如米开朗基罗的圣家庭（Holy Family）就是典型的例子，它的人物构图布置中包含着一个“黄金五角星”。拉斐尔的刑罚（Crucifixion）是另一著名例子，其人物布局以“黄金三角形”和“黄金五角星”展开。这方面的例子还有伦伯朗的自画像、透纳的日出中的诺城堡（Norham Castle at Sunrise）、修拉的阅兵（La Parade）、浴者（Bathers）。现代绘画中超现实主义画家达利（Salvador Dali，1904-1989）的最后的圣餐（The Sacrament of the Last Supper）最能说明问题，整幅画面置于一个“黄金矩形”之中，而人物的布置也包含着黄金比例，餐桌的上方是一个巨大的十二面体的一部分，这个多面体包含12个符合黄金比例的五边形。除了在建筑艺术中外，“黄金分割比”在日常生活中也有广泛的应用。例如，根据广泛调查，所有让人感到赏心悦目的矩形，包括电视屏幕、写字台面、书籍、门窗等，其短边与长边之比大多为0.618。甚至连火柴盒、国旗的长宽比例，都恪守0.618比值。在音乐会上，报幕员在舞台上的最佳位置，是舞台宽度的0.618之处；二胡要获得最佳音色，其“千斤”则须放在琴弦长度的0.618处。最有趣的是，在消费领域中也可妙用0.618这个“黄金数”，获得“物美价廉”的效果。据专家介绍，在同一商品有多个品种、多种价值情况下，将高档价格减去低档价格再乘以0.618，即为挑选商品的首选价格。对它的各种神奇的作用和魔力，数学上至今还没有明确的解释，只是发现它屡屡在实际中发挥我们意想不到的作用。甚至在买卖股票的操作中也能以黄金分割线作为指导（股价极容易在由0.382，0.618，1.382，1.618这四个数产生的黄金分割线处产生支撑和压力，黄金分割线与黄金分割数是不同的概念，却有着紧密的联系）。内含“黄金分割比”的五角星形状也非常耐人寻味，世界上有将近40个国家（如中国、美国、朝鲜、土耳其、古巴等等）的国旗上上的“星”都是五角形的星。 黄金分割在建筑中广泛应用着，给我们的生活增添一分独特的美感。只要留心，就会在生活的方方面面发现其“魅影”。黄金分割是数学里的美学，在学完数学的理与美这一课程后，我就对这里面的黄金分割产生浓重的兴趣，尤其是在建筑和生活中的应用。这让我感受到数学学习中的美。数学美不同于其它的美，这种美是独特的、内在的。这种美，正如英国著名哲学家、数理逻辑学家罗素所说：“数学，如果正确地看它，不但拥有真理，而且也具有至高无上的美，正象雕刻的美，是一种冷而严肃的美。这种美不是投合我们天性的微弱的方面，这种美没有绘画或音乐那样华丽的服饰，它可以纯净到崇高的地步，能够达到严格的只有伟大的艺术能显示的那种完满的境界。”在生活中只要我们善于观察，善于思考，将所学的知识与生