“黄金比”数学史

峨眉二小  谢慧明

一、教学内容：人教版小学数学六年级上册阅读资料《你知道吗》，教材第51页。

二、教学建议：

    在引导学生弄清题意，引导解题，归纳出按比例分配的解题思路后，为开阔学生视野，激发学生学习的兴趣，从而引出黄金比的概念、由来及发展，让学生充分感悟到数学与日常生活的联系激发学生学习数学的兴趣，让学生了解一定的数学史，拓宽知识面。

三、价值界定：

通过对《比的应用》这节课的教学，学生在合作交流的过程中，教师给予学生充分的时间和思考空间，通过观察比较，得出结论。然后巧妙地引出黄金比及其在日常生活中的应用，使学生进一步充分感悟到数学与生活的密切联系，黄金比例最早起源于几何问题，却对后来的科学美学，形式美学，建筑美学，艺术绘画等多种学科的发展产生了深远的影响，在日常生活中有着广泛的应用，黄金比例不仅具有美学价值，而且还具有丰富的教育价值。

    四、案例改编：

   （一）创设情境，引出问题，激发学生探究问题的欲望。

   （二）引导学生理解题意，探索方法，归纳解题思路。

     1、弄清题意，知道题目中要分配的是什么？是按什么进行分配的？

2、理解“浓缩液和水的体积比是1:4的意思。                       

3、探索交流不同的解题方法

4、归纳解题思路。

（三）开阔视野，激发兴趣。

     1、介绍黄金比及其由来与发展。

2、欣赏美丽的黄金比图片。

（四）巩固并总结全课。

五、参考资料：

     1、什么叫黄金分割？             

黄金分割也叫“黄金律”、“中外比”、“中末比”等。就是把一条已知线段分成两部分，使其中一部分是另一部分与全部的比例中项，这样的分割称为“黄金分割”。从古希腊到19世纪，人们都认为这种分割法在艺术造型中具有美学价值，故称之为“黄金分割”。 黄金分割〔Golden Section〕是一种数学上的比例关系。黄金分割具有严格的比例性、艺术性、和谐性，蕴藏着丰富的美学价值。应用时一般取0.618 ，就像圆周率在应用时取3.14一样。

古希腊的毕达格拉斯学派对此已有研究。到中世纪，意大利数学家巴巧利在1509年出版《神圣比例》一书中也论述了中外比，德国刻卜勒称之为“神圣分割”，是分割蒙上了神秘色彩。 

    2、如何找到黄金分割点？

给定一条线段AB，见（图） 

http://s8/mw690/c2c73d59gx6BfEwsNh547&690  

（1）过B作BD⊥AB，截BD=AB； 

（2）连AD，以D为圆心，BD为半径画弧交AD于E； 

（3）以A为圆心，AE为半径画弧交AB于C，则C点将线段AB作黄金分割。C点是线段AB的黄金分割点。 

线段AC和AB之比，即大约等于0.618. 

黄金分割是个非常古老的数学问题。2500年前的古希腊毕达哥拉斯学派是以五角星为他们的派徽。画一个五角星，见(图)，用尺子量一下GJ、GK和GL的长度，求比值和，你会发现它们大约都等于0.618，也就是说，这都是黄金分割。 

你也许会问：这个0.618是怎样来的呢?下面介绍它的来历： 

任取一条线段AB，我们想在线段AB上找一点C使得满足上面比式的分点C可以用代数方法求得： 

设AB＝L，AC＝x，此时CB＝L-x，(如图)，上述的比式就变成为，交叉相乘得L2-Lx=x2, 

整理得x2+Lx-L2=0. 

这是一个一元二次方程，用求根公式可得 

x= 

=L 

≈0.618L. 

从这里可以看出0.618是的近似值。C点是线段AB的黄金分割点，把或0.618叫做黄金数。

3、黄金分割的历史发展。

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"，1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。由于公元前6世纪古希腊的毕达哥拉斯学派研究过正五边形和正十边形的作图，因此现代数学家们推断当时毕达哥拉斯学派已经触及甚至掌握了黄金分割。公元前4世纪，古希腊数学家欧多克索斯第一个系统研究了这一问题，并建立起比例理论。公元前300年前后欧几里得撰写《帕乔利》时吸收了欧多克索斯的研究成果，进一步系统论述了黄金分割，成为最早的有关黄金分割的论著。中世纪后，黄金分割被披上神秘的外衣，意大利数家帕乔利称中末比为神圣比例，并专门为此著书立说。德国天文学家开普勒称黄金分割为神圣分割。 到19世纪黄金分割这一名称才逐渐通行。黄金分割数有许多有趣的性质，人类对它的实际应用也很广泛。最著名的例子是优选学中的黄金分割法或0.618法，是由美国数学家基弗于1953年首先提出的，70年代在中国推广。

4、无处不在的神奇比例

(1)植物中的0.618.

植物叶子，千姿百态，生机盎然，给大自然带来了美丽的绿色世界．尽管叶子形态随种而异，但它在茎上的排列顺序（称为叶序），却是极有规律的．有些植物的花瓣及主干上枝条的生长，也是符合这个规律的．你从植物茎的顶端向下看，经细心观察，发现上下层中相邻的两片叶子之间约成137.5°角．如果每层叶子只画一片来代表，第一层和第二层的相邻两叶之间的角度差约是137.5°，以后二到三层，三到四层，四到五层……两叶之间都成这个角度．植物学家经过计算表明：这个角度对叶子的采光、通风都是最佳的．叶子的排布，多么精巧！叶子间的137.5°角中，藏有什么“密码”呢？我们知道，一周是360°，360°-137.5°= 222.5°，而137.5°∶222.5°≈0.618． 瞧，这就是“密码”！叶子的精巧而神奇的排布中，竟然隐藏着0.618．  

（2）建筑中的0.618.

建筑师们对数学0.618…特别偏爱，无论是古埃及的金字塔，还是巴黎的圣母院，或者是近世纪的法国埃菲尔铁塔，都有与0.618…有关的数据。人们还发现，一些名画、雕塑、摄影作品的主题，大多在画面的0.618…处。艺术家们认为弦乐器的琴马放在琴弦的0.618…处，能使琴声更加柔和甜美。

    （3）五角星中的黄金比

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。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0．618：1,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。

黄金分割奇妙之处，在于其比例与其倒数是一样的。例如：1.618的倒数是0.618，而1.618:1与1:0.618是一样的。

确切值为(√5-1)/2

黄金分割数是无理数，前面的50位为: 0.6180339887 4989484820 4586834365 6381177203 0917980576

有趣的是，这个数字在自然界和人们生活中到处可见：人们的肚脐是人体总长的黄金分割点，人的膝盖是肚脐到脚跟的黄金分割点。大多数门窗的宽长之比也是 0.618…；有些植茎上，两张相邻叶柄的夹角是137度28'，这恰好是把圆周分成1:0.618……的两条半径的夹角。据研究发现，这种角度对植物通风和采光效果最佳。

（4）黄金分割与人的关系

黄金分割与人的关系相当密切。地球表面的纬度范围是0——90°，对其进行黄金分割，则34.38°——55.62°正是地球的黄金地带。无论从平均气温、年日照时数、年降水量、相对湿度等方面都是具备适于人类生活的最佳地区。说来也巧，这一地区几乎囊括了世界上所有的发达国家。

医学与0.618有着千丝万缕的联系，它可解释人为什么在环境22至24摄摄氏度时感觉最舒适。因为人的体温为37°C与0.618的乘积为22.8° C，而且这一温度中肌体的新陈代谢、生理节奏和生理功能均处于最佳状态。科学家们还发现，当外界环境温度为人体温度的0.618倍时，人会感到最舒服．现代医学研究还表明，0.618与养生之道息息相关，动与静是一个0.618的比例关系，大致四分动六分静，才是最佳的养生之道。医学分析还发现，饭吃六七成饱的几乎不生胃病。

高雅的艺术殿堂里，自然也留下了黄金数的足迹．画家们发现，按0.618:1来设计腿长与身高的比例，画出的人体身材最优美，而现今的女性，腰身以下的长度平均只占身高的0.58，因此古希腊维纳斯女神塑像及太阳神阿波罗的形象都通过故意延长双腿，使之与身高的比值为0.618，从而创造艺术美．难怪许多姑娘都愿意穿上高跟鞋，而芭蕾舞演员则在翩翩起舞时，不时地踮起脚尖．音乐家发现，二胡演奏中，“千金”分弦的比符合0.618∶1时，奏出来的音调最和谐、最悦耳．

（5）裴波那契数列与黄金分割的关系

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。

不仅这个由1,1,2,3,5....开始的"菲波那契数"是这样,随便选两个整数,然后按照菲波那契数的规律排下去,两数间比也是会逐渐逼近黄金比的。

（6）黄金分割律

这是公元前六世纪古希腊数学家毕达哥拉斯所发现，后来古希腊美学家柏拉图将此称为黄金分割。这其实是一个数字的比例关系，即把一条线分为两部分，此时长段与短段之比恰恰等于整条线与长段之比，其数值比为1.618 : 1或1 : 0.618，也就是说长段的平方等于全长与短段的乘积。0.618，以严格的比例性、艺术性、和谐性，蕴藏着丰富的美学价值。 为什么人们对这样的比例，会本能地感到美的存在？其实这与人类的演化和人体正常发育密切相关。据研究，从猿到人的进化过程中，骨骼方面以头骨和腿骨变化最大，躯体外形由于近似黄金而矩形变化最小，人体结构中有许多比例关系接近0.618，从而使人体美在几十万年的历史积淀中固定下来。人类最熟悉自己，势必将人体美作为最高的审美标准，由物及人，由人及物，推而广之，凡是与人体相似的物体就喜欢它，就觉得美。于是黄金分割律作为一种重要形式美法则，成为世代相传的审美经典规律，至今不衰！ 近年来，在研究黄金分割与人体关系时，发现了人体结构中有14个“黄金点”（物体短段与长段之比值为 0.618），12个“黄金矩形”（宽与长比值为 0.618的长方形）和2个“黄金指数”（两物体间的比例关系为 0.618）。 黄金点：(1)肚脐：头顶－足底之分割点；(2)咽喉：头顶－肚脐之分割点；(3)、(4)膝关节：肚脐－足底之分割点；(5)、(6)肘关节：肩关节－中指尖之分割点；(7)、(8)乳头：躯干乳头纵轴上这分割点；(9)眉间点：发际－颏底间距上1/3与中下2/3之分割点；(10)鼻下点：发际－颏底间距下1/3与上中2/3之分割点；(11)唇珠点：鼻底－颏底间距上1/3与中下2/3之分割点；(12)颏唇沟正路点：鼻底－颏底间距下1/3与上中2/3之分割点；(13)左口角点：口裂水平线左1/3与右2/3之分割点；(14) 右口角点：口裂水平线右1/3与左2/3之分割点。 面部黄金分割律 面部三庭五眼 黄金矩形：(1)躯体轮廓：肩宽与臀宽的平均数为宽，肩峰至臀底的高度为长；(2)面部轮廓：眼水平线的面宽为宽，发际至颏底间距为长；(3)鼻部轮廓：鼻翼为宽，鼻根至鼻底间距为长；(4)唇部轮廓：静止状态时上下唇峰间距为宽，口角间距为长；(5)、(6)手部轮廓：手的横径为宽，五指并拢时取平均数为长；(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)上颌切牙、侧切牙、尖牙（左右各三个）轮廓：最大的近远中径为宽，齿龈径为长。黄金矩形(Golden Rectangle)的长宽之比为黄金分割率,换言之,矩形的长边为短边 1.618倍.黄金分割率和黄金矩形能够给画面带来美感,令人愉悦.在很多艺术品以及大自然中都能找到它.希腊雅典的帕撒神农庙就是一个很好的例子,他的 <维特鲁威人>符合黄金矩形.<蒙娜丽莎>的脸也符合黄金矩形,<最后的晚餐>同样也应用了该比例布局. 黄金指数：(1)反映鼻口关系的鼻唇指数：鼻翼宽与口角间距之比近似黄金数；(2)反映眼口关系的目唇指数：口角间距与两眼外眦间距之比近似黄金数。 0.618，作为一个人体健美的标准尺度之一，是无可非议的，但不能忽视其存在着“模糊特性”，它同其它美学参数一样，都有一个允许变化的幅度，受种族、地域、个体差异的制约。 

   5、美丽的黄金比图案。

http://s7/mw690/c2c73d59gx6BfETeMVEf6&690
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