Пластиковое соотношение

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Пластиковое соотношение
Треугольники со сторонами, относящимися к ρ, образуют замкнутую спираль.
Рациональность иррациональный алгебраический
Символ р
Представительства
Десятичная дробь 1.32471 79572 44746 02596 09088 ...
Алгебраическая форма действительный корень х 3 = х + 1
Цепная дробь (линейная) [1;3,12,1,1,3,2,3,2,4,2,141,80,...] [1]
не периодический
бесконечный

В математике коэффициент пластичности — это геометрическая пропорция, близкая к 53/40 . Его истинное значение — это действительное решение уравнения x 3 = х + 1.

Прилагательное пластика относится не к искусственному материалу, а к формообразующим и скульптурным качествам этого соотношения, как в пластических искусствах .

Квадраты со сторонами, относящимися к ρ, образуют замкнутую спираль.

Определение [ править ]

Три величины a > b > c > 0 находятся в пластическом отношении, если

.

Соотношение обычно обозначается

Позволять и , затем

.

Отсюда следует, что коэффициент пластичности находится как единственное вещественное решение кубического уравнения Десятичное разложение корня начинается как (последовательность A060006 в OEIS ).

Решая уравнение по формуле Кардано ,

или, используя гиперболический косинус , [2]

— сверхстабильная фиксированная точка итерации .

Итерация приводит к продолжению обратного квадратного корня

Деление определяющего трехчлена к получается , а элементы сопряженные являются

с и

Свойства [ править ]

Прямоугольники в соотношениях сторон ρ , ρ 2 , р 3 (вверху) и ρ 2 , р , р 3 (нижний ряд) замостите квадрат.

Пластиковое соотношение и золотое сечение — единственные морфические числа: действительные числа x > 1 , для которых существуют натуральные числа m и n такие, что

и . [3]

Морфические числа могут служить основой системы меры.

Свойства (m=3 и n=4) связаны с таковыми из (m=2 и n=1). Например, коэффициент пластичности удовлетворяет непрерывному радикальному закону.

,

в то время как золотое сечение удовлетворяет аналогичному

Коэффициент пластичности можно выразить в виде бесконечной геометрической прогрессии .

и

по сравнению с идентичностью золотого сечения

и наоборот .

Кроме того, , пока

Для каждого целого числа надо

Алгебраическое решение сокращенного уравнения пятой степени может быть записано в терминах квадратных корней, кубических корней и радикала Бринга . Если затем . С

Фрактал Рози, связанный с пластическим кубом отношений. Центральный тайл и три его субтайла имеют площади в соотношении ρ 5 : п 2 : р :1.
Фрактал Рози, связанный с Ⴔ, квадратом отношения пластичности; с областями, как указано выше.

Непрерывная дробная структура нескольких малых степеней

( 25/33 )
( 45/34 )
( 58/33 )
( 79/34 )
( 40/13 )
( 53/13 ) ...
( 93/13 ) ...
( 88/7 )

Коэффициент пластичности — это наименьшее число Писо . [4] Поскольку абсолютное значение алгебраических сопряжений меньше 1, степени генерировать почти целые числа . Например: После 29 шагов вращения фазы внутренней спиралевидной сопряженной пары – изначально близкие к – почти совпадает с воображаемой осью.

Минимальный полином коэффициента пластичности имеет дискриминант . мнимого Поле классов Гильберта квадратичного поля может быть образован путем присоединения . С аргументом генератор кольца целых чисел , имеет особое значение эта Дедекинда -частное

. [5]

Выражается через инвариант класса Вебера-Рамануджана G n

. [6]

Свойства связанного с ним j-инварианта Клейна привести к почти идентичности . Разница составляет <1/12659 .

Эллиптический интеграл сингулярного значения [7] для имеет выражение закрытой формы

(что составляет менее 1/3 эксцентриситета орбиты Венеры).

дер Последовательность Лаана Ван

1924 года Огранка Кордонье . При S 1 = 3, S 2 = 4, S 3 5 среднее гармоническое = С2 / С1 1 , С 1 + С 2 / С 3 и S 3 / S 2 равно 3 / ( 3 / 4 + 5 / 7 + 4 / 5 ) ≈ ρ + 1/4922 .

В своем стремлении к ощутимой ясности голландский монах-бенедиктинец и архитектор Дом Ханс ван дер Лаан (1904-1991) потребовал минимальной разницы между двумя размерами, чтобы мы могли четко воспринимать их как отдельные. Кроме того, каково максимальное соотношение двух размеров, чтобы мы могли соотносить их и воспринимать близость. По его наблюдениям, ответы — 1/4 и 7/1 , охватывающие один порядок размера . [8] Требуя пропорциональной непрерывности, он построил геометрический ряд из восьми мер ( видов размеров ) с общим соотношением 2/(3/4 + 1/7 1/7 ) ≈ ρ . В рациональной форме эта архитектоническая система измерения построена из подмножества чисел, носящих его имя.

Числа Ван дер Лаана тесно связаны с последовательностями Перрена и Падована . В комбинаторике количество композиций n на части 2 и 3 считается n-м числом Ван дер Лаана.

Последовательность Ван дер Лаана определяется рекуррентным соотношением третьего порядка

для n > 2 ,

с начальными значениями

.

Первые несколько членов: 1, 0, 1, 1, 1, 2, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 12, 16, 21, 28, 37, 49, 65, 86,... (последовательность A182097 в OEIS ). Предельное соотношение между последовательными сроками — это коэффициент пластичности.

Таблица восьми мер Ван дер Лана
к н - м ошибаться интервал
0 3 - 3 1 /1 0 второстепенный элемент
1 8 - 7 4 /3 1/116 основной элемент
2 10 - 8 7 /4 -1/205 второстепенная пьеса
3 10 - 7 7 /3 1/116 основная часть
4 7 - 3 3 /1 -1/12 второстепенная часть
5 8 - 3 4 /1 -1/12 основная часть
6 13 - 7 16 /3 -1/14 второстепенное целое
7 10 - 3 7 /1 -1/6 главное целое

Первые 14 индексов n, для которых является простым: n = 5, 6, 7, 9, 10, 16, 21, 32, 39, 86, 130, 471, 668, 1264 (последовательность A112882 в OEIS ). [9] Последнее число имеет 154 десятичных цифры.

Последовательность можно расширить до отрицательных индексов, используя

.

Производящая функция последовательности Ван дер Лаана имеет вид

для [10]

Последовательность связана с суммами биномиальных коэффициентов соотношением

. [11]

Характеристическое уравнение рекуррентности имеет вид . Если три решения являются настоящим корнем и сопряженная пара и числа Ван дер Лаана можно вычислить по формуле Бине [11]

, с реальным и конъюгаты и корни .

С и , номер является ближайшим целым числом к , с n > 1 и 0.31062 88296 40467 07776 19027...

Коэффициенты получите формулу Бине для связанной последовательности .

Первые несколько терминов: 3, 0, 2, 3, 2, 5, 5, 7, 10, 12, 17, 22, 29, 39, 51, 68, 90, 119,... (последовательность A001608 в OEIS ).

Эта последовательность Перрена обладает свойством Ферма : если p простое число, . Обратное неверно, но малое число псевдопростых чисел делает последовательность особенной. [12] Единственные 7 составных чисел меньше 10 8 пройти тест могут n = 271441, 904631, 16532714, 24658561, 27422714, 27664033, 46672291. [13]

Пластичный фрактал Рози: объединенная поверхность и три отдельные плитки имеют площади в отношениях ρ 5 : п 2 : р :1.

Числа Ван дер Лаана получаются как целые степени n > 2 матрицы . с действительным собственным значением [10]

След дает числа Перрена.

Альтернативно, можно интерпретировать как матрицу инцидентности для D0L системы Линденмайера в алфавите. с соответствующим правилом замены

и инициатор . Серия слов произведенные путем итерации замены, обладают тем свойством, что количество c, b и a равно последовательным числам Ван дер Лаана. Их длины

С этим процессом перезаписи строк связан набор, состоящий из трех перекрывающихся самоподобных плиток, называемый фракталом Рози , который визуализирует комбинаторную информацию, содержащуюся в последовательности букв, состоящей из нескольких поколений. [14]

Геометрия [ править ]

Три разбиения квадрата на подобные прямоугольники, 1 = 3· 1 / 3 = 2 / 3 + 2· 1 / 6 = 1 / п 2 + 1 / п 4 + 1 / п 8 .

Существует ровно три способа разбить квадрат на три подобных прямоугольника: [15] [16]

  1. Тривиальное решение, заданное тремя равными прямоугольниками с соотношением сторон 3:1.
  2. Решение, в котором два из трех прямоугольников конгруэнтны, а длина сторон третьего в два раза больше, чем у двух других, при этом соотношение сторон прямоугольников составляет 3:2.
  3. Решение, в котором все три прямоугольника имеют разные размеры и соотношение сторон ρ. 2 . Соотношения линейных размеров трех прямоугольников составляют: ρ (большой:средний); ρ 2 (средний:маленький); и ρ 3 (большой маленький). Внутренняя длинная грань наибольшего прямоугольника (линия разлома квадрата) делит два из четырех ребер квадрата на два сегмента, каждый из которых находится друг напротив друга в отношении ρ. Внутренняя, совпадающая короткая грань среднего прямоугольника и длинная грань малого прямоугольника делит одну другую, две ребра квадрата на два сегмента, стоящих друг к другу в отношении ρ 4 .

Тот факт, что прямоугольник с соотношением сторон ρ 2 можно использовать для разрезания квадрата на подобные прямоугольники, эквивалентно алгебраическому свойству числа ρ 2 связано с теоремой Рауса–Гурвица : все ее сопряженные имеют положительную действительную часть. [17] [18]

Радиус описанной окружности курносого икосододекадодекаэдра для единичной длины ребра равен

. [19]

История и имена [ править ]

Сент-Луис 1967 года. Церковь аббатства Бенедиктусберг, спроектированная Хансом ван дер Лааном.

впервые был изучен Акселем Туэ в 1912 году и Г.Х. Харди в 1919 году. [4] Французский старшеклассник Жерар Кордонье открыл для себя это соотношение в 1924 году. В переписке с Хансом ван дер Лааном несколько лет спустя он назвал его Лучистым числом ( фр . Le nombre radiant ). Ван дер Лаан первоначально называл это фундаментальным соотношением ( голландский : De grondverhouding ), используя пластиковое число ( голландский : Het plastische getal ), начиная с 1950-х годов. [20] В 1944 году Карл Сигел показал, что ρ — наименьшее возможное число Писо–Виджаярагхавана , и предложил назвать его в честь Туэ.

В отличие от названий золотого и серебряного пропорций , слово «пластик» предназначалось Ван дер Лааном не для обозначения конкретного вещества, а скорее в его прилагательном смысле, означающем нечто, чему можно придать трехмерную форму. [21] Это, по мнению Ричарда Падована , происходит потому, что характерные соотношения числа, 3/4 и 1/7 относятся . к ограничениям человеческого восприятия при соотнесении одного физического размера с другим Ван дер Лаан спроектировал церковь аббатства Св. Бенедиктусберга в 1967 году , используя эти пластиковые пропорции чисел. [22]

Пластиковый номер также иногда называют серебряным номером - имя, данное ему Мидхатом Дж. Газале. [23] и впоследствии использовался Мартином Гарднером , [24] но это название чаще используется для соотношения серебра 1 + 2 , одного из соотношений семейства металлических средств, впервые описанного Верой В. де Шпинадель . Гарднер предложил ссылаться на ρ 2 как «высшее фи», и Дональд Кнут создал для этого имени специальный типографский знак, вариант греческой буквы фи («φ») с поднятым центральным кругом, напоминающий грузинскую букву пари («Ⴔ»).

См. также [ править ]

  • Решения уравнений типа :

Ссылки [ править ]

  1. ^ Слоан, Нью-Джерси (ред.). «Последовательность A072117» . Электронная энциклопедия целочисленных последовательностей . Фонд ОЭИС.
  2. ^ Табризян, Пейам (2022). «Каково соотношение пластика?» . YouTube . Проверено 26 ноября 2023 г.
  3. ^ Аартс, Ян; Фоккинк, Робберт; Крейцер, Годфрид (2001). «Морфические числа» (PDF) . Новый архив по математике . 5. 2 (1): 56–58 . Проверено 26 ноября 2023 г.
  4. ^ Перейти обратно: а б Панджу, Майсум (2011). «Систематическое построение почти целых чисел» (PDF) . Математический обзор Ватерлоо . 1 (2): 35–43 . Проверено 29 ноября 2023 г.
  5. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Пластическая постоянная» . Математический мир .
  6. ^ G-функция Рамануджана (на немецком языке)
  7. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Эллиптический интеграл сингулярного значения» . Математический мир .
  8. ^ Воэт, Кэролайн [на голландском языке] (2019). «1:7 и серия 8» . Цифровой кабинет Дома Ханса ван дер Лаана . Фонд Ван дер Лаана . Проверено 28 ноября 2023 г.
  9. ^ В н = Па н+3
  10. ^ Перейти обратно: а б (последовательность A182097 в OEIS )
  11. ^ Перейти обратно: а б (последовательность A000931 в OEIS )
  12. ^ Адамс, Уильям; Шанкс, Дэниел (1982). «Сильные тесты на простоту, которых недостаточно» . Математика. Комп . 39 (159). АМС: 255–300. дои : 10.2307/2007637 . JSTOR   2007637 .
  13. ^ (последовательность A013998 в OEIS )
  14. ^ Сигел, Энн; Тусовальднер, Йорг М. (2009). «Топологические свойства фракталов Рози» . Мемуары Математического общества Франции . 2,118 : 1–140. дои : 10.24033/msmf.430 .
  15. ^ Стюарт, Ян (1996). «Сказки о забытом числе» . Научный американец . 274 (6): 102–103. Бибкод : 1996SciAm.274f.102S . doi : 10.1038/scientificamerican0696-102 . Архивировано из оригинала 20 марта 2012 г. Обратная связь в: Стюарт, Ян (1996). «Руководство по компьютерным знакомствам». Научный американец . 275 (5): 118. Бибкод : 1996SciAm.275e.116S . дои : 10.1038/scientificamerican1196-116 .
  16. ^ Шпинадель, Вера В. де ; Редондо Буитраго, Антония (2009), «К пластическому числу Ван дер Лаана на плоскости» (PDF) , Журнал геометрии и графики , 13 (2): 163–175
  17. ^ Фрейлинг, К.; Ринне, Д. (1994), «Замощение квадрата подобными прямоугольниками», Mathematical Research Letters , 1 (5): 547–558, doi : 10.4310/MRL.1994.v1.n5.a3 , MR   1295549
  18. ^ Лачкович, М.; Секерес, Г. (1995), «Замощение квадрата подобными прямоугольниками», Discrete & Computational Geometry , 13 (3–4): 569–572, doi : 10.1007/BF02574063 , MR   1318796
  19. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Плосконосый икосододекадодекаэдр» . Математический мир .
  20. ^ Voet 2016 , примечание 12.
  21. ^ Шеннон, AG; Андерсон, PG; Хорадам, А.Ф. (2006). «Свойства чисел Кордонье, Перрена и Ван дер Лаана». Международный журнал математического образования в области науки и технологий . 37 (7): 825–831. дои : 10.1080/00207390600712554 . S2CID   119808971 .
  22. ^ Падован, Ричард (2002), «Дом Ханс ван дер Лаан и пластиковое число» , Nexus IV: Архитектура и математика , Фучеккьо (Флоренция): Книги Кима Уильямса: 181–193 .
  23. ^ Газале, Мидхат Дж. (1999). «Глава VII: Серебряный номер». Гномон: от фараонов к фракталам . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. стр. 135–150.
  24. ^ Гарднер, Мартин (2001). «Шесть сложных задач по вскрытию» (PDF) . Тренировка Гарднера . Натик, Массачусетс: АК Питерс. стр. 121–128. (Ссылка на статью Quantum 1994 года без постскриптума Гарднера.)

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]