Τρίτη 24 Ιουλίου 2018

Τα Μαθηματικά στην Τέχνη: Οι ευθείες στο επίπεδο


Συχνά οι καλλιτέχνες χρησιμοποιούν στα έργα τους σχέδια, σημεία, ευθείες και άλλα αντικείμενα. Ο συλλογισμός τους μπορεί να επιτρέψει την απάντηση στα εξής ερωτήματα: Τι είναι ένα σημείο; Τι είναι ευθεία; Τι εννοούμε με τον όρο "παραλληλία"; Ο Wassily Kandinsky (1866 - 1944) ήταν Ρώσος ζωγράφος, ποιητής, δραματουργός και παιδαγωγός, ενώ είχε επίσης σπουδάσει νομική και οικονομικά. Τις πανεπιστημιακές του γνώσεις τις είχε εντάξει στο σχέδιο και στη ζωγραφική του. Από την εμπειρία του ως καθηγητής, άντλησε το υλικό της πραγματείας του "Σημείο - Γραμμή - Επίπεδο" (1925). Ο Kandinsky ορίζει τη γραμμή ως "ένα μοναδικό σημείο που σύρεται πάνω σε μια σελίδα".

Στο πλαίσιο του project "Μαθηματικά και Τέχνη", μαθαίνουμε σήμερα, μέσα από την τέχνη, για τις ευθείες στο επίπεδο...


ΕΥΘΕΙΕΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕΔΟ

Τα βιβλία γράφουν...

Δύο διαφορετικές ευθείες που βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο ή θα είναι παράλληλες, ή θα τέμνονται.


ΠΑΡΑΛΛΗΛΕΣ ΕΥΘΕΙΕΣ

Πίνακας του Μάλεβιτς
Kazimir Malevich (1878 - 1935) - "Red Cavalry Parallels"


Πίνακας του Τσαρλς
James Charles (σύγχρονος ζωγράφος) - "Straight Lines"

Πίνακας του Κέλλυ
Ellsworth Kelly (1923 - 2015) - "Spectrum IV" (1967)

Πίνακας της Ματέρα
Joanne Mattera (σύγχρονη ζωγράφος)

Πίνακας της Ματέρα που απεικονίζει παράλληλες ευθείες
Joanne Mattera (σύγχρονη ζωγράφος)


Χρωματιστές παράλληλες ευθείες σε τέσσερις κατευθύνσεις
Sol LeWitt (1928 - 2007) - "Bands of Color in Four Directions"


Παράλληλες ευθείες, πίνακας του Σαπορίτο
Antonio Saporito (Σύγχρονος ζωγράφος) - "Parallel Lines"

Παράλληλες ευθείες σε ύφασμα
Varvara Stepanova (1854 - 1958) - "Textile"

Φράχτης: Πίνακας της Όπυς Ζούνη
Όπυ Ζούνη (1941-2008) - "Φράχτης"


Τα βιβλία γράφουν...

Δύο ευθείες του ίδιου επιπέδου λέγονται παράλληλες, αν δεν έχουν κανένα κοινό σημείο, όσο κι αν προεκταθούν.


ΤΕΜΝΟΜΕΝΕΣ ΕΥΘΕΙΕΣ


Πίνακας της Ποπόβα
Lyubov Popova (1889 - 1924) - "Space Force Construction" (1922)

Τεμνόμενες ευθείες
Aleksandr Rodchenko (1891 - 1956) - "Non Objective Painting (Line)" (1919)


Τα βιβλία γράφουν...

Δύο ευθείες του ίδιου επιπέδου που έχουν ένα κοινό σημείο ονομάζονται τεμνόμενες. Το κοινό τους σημείο λέγεται σημείο τομής των δύο ευθειών.


ΚΑΘΕΤΕΣ ΕΥΘΕΙΕΣ

Κάθετες ευθείες
Sol LeWitt (1928 -2007) - "Centre"


Πίνακας του Φρανκ Στέλλα
Frank Stella (γεν. 1936) - "Hyena Stomp" (1962)

Piet Mondrian (1872 - 1944) - "Composition with Red, Yellow and Blue" (1942)

Slavomir Zombek (Σύγχρονος ζωγράφος) - "The Golden Ratio No 09"


Τα βιβλία γράφουν...

Δύο ευθείες είναι κάθετες, όταν οι γωνίες που σχηματίζουν αυτές τεμνόμενες,  είναι ορθές.


.*.〰.*.〰.*.〰.*.〰.*.〰.*.〰.*.


"Τα μάτια συλλαμβάνουν τους πιο λεπτούς μαθηματικούς λογισμούς παρά τις παραμορφώσεις της προοπτικής. Εκεί έγκειται ένα από τα μυστικά της μελαγχολικής ομορφιάς ορισμένων πινάκων".
Salvador Dali

.*.〰.*.〰.*.〰.*.〰.*.〰.*.〰.*.


Πηγές:
  • Μαθηματικά Α' Γυμνασίου, Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών και Εκδόσεων "Διόφαντος", 2016
  • E.H. Gombrich, Το Χρονικό της Τέχνης, Μορφωτικό Ίδρυμα Εθνικής Τραπέζης, 1995
  • Wassily Kandinsky, Σημείο-Γραμμή-Επίπεδο, Εκδόσεις Δωδώνη, 2013
  • H.L.C Jaffe, Η ζωγραφική στον 20ό αιώνα, Εκδόσεις Νεφέλη, 1984
  • wikipedia.org

Κυριακή 3 Ιουνίου 2018

Περί του χρυσού αριθμού «φ»... (Μέρος 2º - Ο αριθμός «φ», πανταχού παρών!)

«Όλη η ζωή είναι βιολογία
Όλη η βιολογία είναι φυσιολογία
Όλη η φυσιολογία είναι χημεία
Όλη η χημεία είναι φυσική
Όλη η φυσική είναι μαθηματικά».
Dr. Stephen Marquardt

Μελέτες σε πολλούς κλάδους όπως η Βιολογία, η Βοτανολογία και η  Ζωολογία δείχνουν πως ο σχεδιασμός της ζωής βασίζεται σε έναν «χρυσό κανόνα»… Σχεδόν παντού μπορεί να εντοπιστεί ο χρυσός αριθμός φ και η ακολουθία Fibonacci που διαβάσατε εδώ … Υπενθυμίζουμε ότι αριθμός φ ισούται περίπου με 1,61803398874989484... και η ακολουθία Fibonacci είναι η εξής: 
1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 114, 233, 377, 610...

Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΗ ΦΥΣΗ ΚΑΙ ΣΤΑ ΦΥΤΑ

Τα φυτά «κρύβουν» την ακολουθία Fibonacci στον αριθμό ή στη διάταξη των φύλλων, των πετάλων, των κλαδιών ή των σπόρων. Φυσικά και δε γνωρίζουν για την ακολουθία Fibonacci - απλά μεγαλώνουν με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο.

Τριαντάφυλλο

Για παράδειγμα, στην κυκλική διάταξη της στεφάνης του τριαντάφυλλου, τα πέταλα διατάσσονται όπως τα σκαλοπάτια μιας ελικοειδούς σκάλας. Η γωνία ανάμεσα σε 2 πέταλα είναι περίπου 222,5 μοίρες. Αν διαιρέσουμε τις 360 μοίρες του κύκλου με τον αριθμό 222,5, το πηλίκο είναι, κατά μεγάλη προσέγγιση, ο αριθμός φ = 1,618... Αυτό δεν είναι τυχαίο... Σύμφωνα με μετρήσεις, σ’ αυτήν ακριβώς τη γωνία των 222,5 μοιρών, τα φύλλα των φυτών ρίχνουν την ελάχιστη δυνατή σκιά το ένα στο άλλο.

Επιπλέον, σε κάθε σειρά πετάλων, υπάρχουν συνήθως είτε 5, είτε 8, είτε 13 πέταλα.

Τα πέταλα του τριαντάφυλλου

Στη φωτογραφία παρακάτω βλέπουμε μια μικρή μαργαρίτα. Στο κέντρο του λουλουδιού σχηματίζονται σπείρες, σύμφωνα με τη ακολουθία Fibonacci.

Ακολουθία Φιμπονάτσι στη μαργαρίτα

Υπάρχουν 21 σκούρες μπλε σπείρες και 13 γαλάζιες σπείρες. Το 13 και το 21 είναι διαδοχικοί αριθμοί στην ακολουθία Fibonacci. Παρόμοιες διατάξεις εμφανίζουν πολλά ακόμη άνθη...

Ακολουθία Φιμπονάτσι σε λουλούδια

Ακολουθία Φιμπονάτσι σε λουλούδια

Ακολουθία Φιμπονάτσι σε λουλούδια

Η χρυσή τομή σε λουλούδια

Οι σπόροι του ηλίανθου κατανέμονται κυκλικά. Η σπείρα είναι προς τα έξω ενώ έχει διπλή κατεύθυνση, δηλαδή και όπως κινούνται οι δείκτες του ρολογιού και αντίστροφα από το κέντρο του λουλουδιού.  
Οι σπόροι του ηλίανθου

Ο αριθμός των σπειρών στο κάθε φυτό δεν είναι ίδιος. Γιατί  γενικά είναι είτε 21 και 34, είτε 34 και 55, είτε 55 και 89, ή 89 και 144; Ο αριθμός των σπειρών ενός ηλίανθου και προς τις δύο κατευθύνσεις είναι δύο διαδοχικοί αριθμοί στην ακολουθία Fibonacci. 

Ακολουθία Φιμπονάτσι στους σπόρους του ηλίανθου

Αν μετρήσει κανείς τα πέταλα ενός λουλουδιού, θα διαπιστώσει ότι ο αριθμός τους είναι συχνά 3, 5, 8, 13, 21, 34 ή ακόμα και 55 ή 89. 

Ακολουθία Φιμπονάτσι στα πέταλα λουλουδιών

Χρυσή τομή στα πέταλα λουλουδιών

Ακολουθία Φιμπονάτσι στα πέταλα της μαργαρίτας

Ακολουθία Φιμπονάτσι στα πέταλα λουλουδιών

Ακολουθία Φιμπονάτσι στα πέταλα λουλουδιών

Για παράδειγμα, μπορούμε να μετρήσουμε στις μαργαρίτες 13, 21, 34, 55, ή και 89 πέταλα. Οι κοινές μαργαρίτες του αγρού έχουν συνήθως 34 πέταλα. Ο κρίνος έχει 3 πέταλα,  η νεραγκούλα έχει 5  κ.λπ. 

Έχει παρατηρηθεί ότι η ακολουθία Fibonacci εμφανίζεται στη φυλλοταξία πολλών φυτών.


Ακολουθία Φιμπονάτσι στα φύλλα

Η ακολουθία Fibonacci εμφανίζεται και στις βελόνες αρκετών ειδών έλατου, στα φύλλα της λεύκας, της κερασιάς, της μηλιάς, της δαμασκηνιάς, της βελανιδιάς και της φιλύρας. Τη βλέπουμε στην επιφάνεια των κορμών των κωνοφόρων δέντρων, στους δακτύλιους των κορμών των φοινικόδεντρων και των κουκουναριών.

Ακολουθία Φιμπονάτσι στα κουκουνάρια

Όλα τα κουκουνάρια αναπτύσσονται σε σπείρες, ξεκινώντας από τη βάση όπου ήταν ο μίσχος, και πηγαίνοντας κυκλικά μέχρι να φτάσουμε στην κορυφή.

Κωνοφόρα φυτά

Συναντάμε την έλικα Fibonacci στο σχήμα της αλόης της πολύφυλλου, της αγκινάρας, του κουνουπιδιού,  του ανανά και πολλών άλλων φυτών, καρπών και λαχανικών.

Ακολουθία Φιμπονάτσι στα φυτά

Ακολουθία Φιμπονάτσι

Ακολουθία Φιμπονάτσι σε πολλά φυτά

Ακολουθία Φιμπονάτσι

Ακολουθία Φιμπονάτσι στο κουνουπίδι

Ακολουθία Φιμπονάτσι στον ανανά


Τέλος, παρατηρήστε τις αποστάσεις ανάμεσα στα κουκούτσια της μπανάνας και του μήλου. Μπορεί να περιμένατε συμμετρία στη φύση, αλλά αν κόψετε στη μέση ένα φρούτο ή λαχανικό, πιθανόν να ανακαλύψετε την ακολουθία Fibonacci

Ακολουθία Φιμπονάτσι στα κουκούτσια των φρούτων

Ακολουθία Φιμπονάτσι στο λάχανο


Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΟ ΖΩΙΚΟ ΒΑΣΙΛΕΙΟ

Το κέλυφος των σαλιγκαριών ακολουθεί και αυτό την ακολουθία Fibonacci. Το ίδιο και το κέλυφος του ναυτίλου.

Το κέλυφος του σαλιγκαριού

Το κέλυφος του ναυτίλου

ναυτίλος

Η μόνη διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι το κέλυφος του ναυτίλου αναπτύσσεται σε τρισδιάστατες σπείρες, ενώ το κέλυφος των σαλιγκαριών αναπτύσσεται σε δισδιάστατες σπείρες.

Ακολουθία Φιμπονάτσι στο κέλυφος του Ναυτίλου

Ακολουθία Φιμπονάτσι


ΠΑΡΘΕΝΟΓΕΝΕΣΗ ΣΤΟ ΜΕΛΙΣΣΙ

Μπορεί τα κουνέλια του Fibonacci να αποτελούν μια εξιδανικευμένη υπόθεση, αλλά μπορούμε να αναζητήσουμε κάποιο υπαρκτό παράδειγμα της ακολουθίας Fibonacci στη φύση. Και θα το βρούμε στο γενεαλογικό δέντρο κάθε κηφήνα σε ένα μελίσσι! Το εν λόγω έντομο, σε αντίθεση με τη βασίλισσα και τις εργάτριες, γεννιέται από ένα μη γονιμοποιημένο αβγό της βασίλισσας, δηλαδή έχει μητέρα αλλά όχι πατέρα. Επομένως το γενεαλογικό δέντρο του κηφήνα διαμορφώνεται ως εξής: Έχει 1 μητέρα, 2 παππούδες (αρσενικό και θηλυκό), 3 προπαππούδες (2 από την οικογένεια της γιαγιάς και 1 του παππού), 5 προ-προπαππούδες, 8 προ- προ-προπαππούδες κ.ο.κ. Το γενεαλογικό δέντρο του κηφήνα είναι μια ακολουθία Fibonacci!

Το γενεαλογικό δέντρο του κηφήνα

Ο Leonardo de Pisa ή Fibonacci έζησε κοντά στην πόλη της Bejaia, η οποία αποτελούσε ένα σημαντικό εξαγωγέα κεριού την εποχή του Fibonacci (από εκεί προέρχεται και η γαλλική εκδοχή του ονόματος της πόλης αυτής, “bougie”, που σημαίνει" κερί "στα γαλλικά). Μια πρόσφατη μαθηματικο-ιστορική ανάλυση της περιόδου και της περιοχής στην οποία έζησε ο Fibonacci προτείνει ότι στην πραγματικότητα οι μελισσοκόμοι της Bejaia και οι γνώσεις τους σχετικά με την αναπαραγωγή των μελισσών αποτέλεσαν την πηγή έμπνευσης της ακολουθίας Fibonacci και όχι το ευρύτερα ίσως γνωστό μοντέλο της αναπαραγωγής κουνελιών.

Και όχι μόνο αυτό. Το 1966, ο Νταγκ Γιανέγκα από το Μουσείο Έρευνας στην εντομολογία του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, ανακάλυψε ότι η αναλογία ανάμεσα σε εργάτριες μέλισσες και κηφήνες σε ένα μελίσσι προσεγγίζει πάντα τον αριθμό φ. 


Ακολουθία Φιμπονάτσι στα φτερά της πεταλούδας

Η παραπάνω πεταλούδα έχει στα φτερά της σημάδια που μοιάζουν με μάτια, τα οποία βρίσκονται στις χρυσές τομές των γραμμών που δείχνουν το μήκος και το πλάτος της. 

Ο κατάλογος στο ζωικό βασίλειο είναι ατελείωτος: το φ εμφανίζεται στα κέρατα του κριού, στο σώμα του δελφινιού, στον αστερία, στο σώμα και στα πόδια εντόμων όπως η αράχνη και το μυρμήγκι…

ακολουθία φιμπονάτσι στα κέρατα του κριαριού

Κοάλα

Τίγρης

Πιγκουίνος

Δελφίνι

αστερίας

Χταπόδι


Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΟΝ ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟ

Ακόμα και πολλά από τα πιο μικρά σωματίδια στη φύση φαίνεται ότι διατάσσονται σύμφωνα με τη χρυσή αναλογία.

Πριν από λίγα χρόνια, Ελβετοί και Αμερικανοί επιστήμονες μελετούσαν τους λεγόμενους ημικρυστάλλους, οι οποίοι έχουν πολύ ιδιαίτερη δομή σε επίπεδο ατόμων. Η επιφάνειά τους αποτελείται από έδρες με δύο διαφορετικά ύψη. Όταν τα ύψη αυτά μετρήθηκαν μ’ ένα ακριβέστατο μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM), οι ερευνητές έκπληκτοι ανακάλυψαν ότι ο λόγος του μεγαλύτερου ύψους προς το μικρότερο είναι φ = 1,618... 

Ακολουθία Φιμπονάτσι στους ημικρυστάλλους

Η θεωρία των ερευνητών είναι ότι ο κρύσταλλος έχει τη μεγαλύτερη σταθερότητα, όταν υπάρχει αυτή ακριβώς η σχέση. 

(Συνεχίζεται...)


Πηγές:
Περιοδικό Focus
goldennumber.net
wikipedia.org