Углубление · Золотое сечение ← M3
Углубление к модулю M3

Золотое сечение и многоугольники.

Циркуль и линейка строят не только перпендикуляры. Ими можно получить золотое сечение φ, правильный пятиугольник и шестиугольник — пропорции гармонии. А Гаусс выяснил поразительное: какие правильные n-угольники вообще можно построить, а какие — нет.

φ ≈ 1.618золотое сечение
5 · 6 · 17строятся
7 · 9нельзя
AUREUMφпятиугольник⬠ пентаграмма хранит φ
№ 00Идея

Построения, рождающие гармонию

Некоторые построения дают не просто фигуру, а знаменитую пропорцию или форму. Золотое сечение веками считают мерой гармонии; правильные многоугольники лежат в основе орнамента, архитектуры, природных узоров. И всё это доступно двум простым инструментам.

Геометрия владеет двумя сокровищами: теоремой Пифагора и золотым сечением. — И. Кеплер
φ
Золотое сечение

Деление в крайнем и среднем отношении

Точка делит отрезок в золотом отношении, если целое относится к большей части так же, как большая к меньшей. Это число φ — и его можно построить циркулем и линейкой.

$\dfrac{a+b}{a}=\dfrac{a}{b}=\varphi=\dfrac{1+\sqrt5}{2}\approx 1{,}618$

Корень из пяти строится как гипотенуза (катеты 1 и 2), а дальше — простая арифметика отрезков. Поэтому φ — построимое число.

SECTIO AUREAa : b = φцелое : большее= большее : меньшее a (большая) b (меньшая) (a+b) : a = a : b = φ
Большая часть так относится к меньшей, как всё — к большей. Это отношение и есть золотое сечение φ.

Золотое сечение спрятано в правильном пятиугольнике: его диагональ относится к стороне как φ. Поэтому построение пятиугольника и построение φ — по сути одно и то же.

⬡
Правильные многоугольники

Шестиугольник, пятиугольник и далее

Самый лёгкий — шестиугольник: его сторона равна радиусу описанной окружности, поэтому он строится шестью засечками циркуля. Пятиугольник сложнее — через золотое сечение.

HEXAGONсторона = радиус6 засечек⬡ шестиугольник: 6 раз отложить радиус пятиугольник: через φ
Шестиугольник вписывается в окружность шестью равными засечками (сторона = радиус). Пятиугольник строится с помощью золотого сечения.
№ 04Теорема Гаусса

Какие n-угольники вообще строятся

В 19 лет Гаусс построил правильный 17-угольник — и был так горд, что завещал высечь его на своём надгробии. А затем он (и позднее Ванцель) доказал общий критерий: правильный n-угольник строится циркулем и линейкой тогда и только тогда, когда

$n = 2^{k}\,p_1 p_2 \cdots p_m$

где $p_i$ — различные простые числа Ферма вида $2^{2^{t}}+1$ (это 3, 5, 17, 257, 65537). Поэтому строятся 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 16, 17-угольники, а 7, 9, 11, 13-угольники — нельзя. Удивительно: вопрос геометрии решается арифметикой простых чисел.

Юный Гаусс построил 17-угольник — и выбрал математику делом жизни. — из истории
№ 05Связи

Куда дальше