在数学宝库中,有一颗光灿灿的明珠,被誉为“黄金分割”。在我国现行的初中几何课本中,经常讲到了“黄金分割”,它很值得我们好好学习和研究。
中外比
在已知线段AB上有一点P。如果BP∶AP=1∶1,那么P将二等分AB。即P为AB的中点。如果BP∶AP=1∶2,P将三等分AB,即P为AB的一个三等分点。如果P将AB分为大小两段,使小段与大段之比恰好等于大段与全长之比,即BP∶AP=AP∶AB,那么就叫P点分线段AB成“中外比”。著名画家达·芬奇把人体许多部位之比画成中外比,显得特别和谐美观,他称中外比为“黄金分割”。
黄金数
用代数解方程的知识可以求得中外比的比值。
设线段全长AB=a,大段AP=x,则小段BP=a-x,
于是,a-xx=xa
即x2+ax-a2=0
x-a±5a2
舍去负根,得x=5-12a
因此,xa=5-12a
这就是说,中外比的比值为5-12
中外比的比值,叫做“黄金数”,用记号g表示。请记住:
g=5-12。
由于5=2.236…所以
g=0.618。
黄金分割法
2000多年前,古希腊的柏拉图派学者欧多克斯,首先使用规尺分已知线段为“黄金分割”,他的作法如下:
1.过B点,作BC⊥AB,而且使BC=12AB;
2.连AC;
3.以C为圆心,CB为半径作圆弧,交AC于D;
4.以A为圆心,AD为半径作圆弧交线段AB于P,则P点分AB成黄金分割。
这个作法十分简便,证明也很容易。
设AB=a,则BC=a2,由勾股定理可知:
AC=AB2+BC2=a2+(a2)=52a;
AD=AC-DC=52a-a2=5-12a;
AP=AD=5-12a。
这就证明了,P点分AB成黄金分割。
这个作图方法,叫做“黄金分割法”,P点为“黄金分割点”。
辗转分割
设点P1将线段AB分成黄金分割,即
BP1∶AP1=g;
取AB中点O,作点P1关于点O的对称点P2,则点P2有下述重要性质:
1.点P2也将线段AB分成黄金分割。
这是因为:
AP2=BP1,BP2=AP1,
AP2∶BP2=BP1∶AP1=g,
所以点P2也分AB成黄金分割
由此可知,每条线段有两个黄金分割点。
2.点P2还分线段AP1成黄金分割。
证明如下:由于BP1∶AP1=g,而AP2=BP1,
所以AP2∶AP1=g,这就说明P2分AP1成黄金分割。
3.作P2,关于线段AP1中点的对称点P3,则AP3将AP2黄金分割。如此继续利用对称,辗转相割,可以得到一系列的黄金分割点。
黄金矩形
国外,有位画家举办过一次画展,所有的画面都是不同比例的矩形,有的狭长,有的正方。据统计数字表明,观众最喜爱的宽与长之比为g的矩形画面。人们称这种矩形为“黄金矩形”。
黄金矩形有个奇特的性质,如果矩形ABCD是黄金矩形,即DA∶AB=g,在它的内部截去一个正黄金矩形。这个过程继续下去,还可以得到一系列的黄金矩形。这个美妙的结论,请你自己证明吧。