Методическое пособие санкт-Петербург
 Скачать 0.83 Mb.
|
Преподаватель Скок В.Н. Учащиеся ПЛТ и Д Сухопарова Рита гр.109 Потапова Наташа гр.15 Математика и искусство Наука и искусство – два основных начала в человеческой культуре, две дополняющие друг друга формы высшей творческой деятельности человека. В истории человечества были времена, когда эти начала дружно уживались, а были времена , когда они противоборствовали. Но видимо высшая их цель – быть взаимодополняющими гранями человеческой культуры, потому что даже в самой сердцевине науки есть элемент искусства, а всякое искусство несёт в себе частицу научной мудрости В природе существует много такого, что не может быть ни достаточно глубоко понято, ни достаточно убедительно доказано, ни достаточно умело и надёжно использовано на практике без помощи вмешательства математики. Ф.Бэкон Едва ли кто-нибудь из не математиков в состоянии освоиться с мыслью, что цифры могут представлять собой культурную или эстетическую ценность или иметь какое-нибудь отношение к таким понятиям, как красота, сила, вдохновение. Я решительно протестую против этого костного представления о математике. Н.Винер Математика, Гармония, Красота Гармония означает «согласованность, соразмерность , единство частей и целого, обуславливающие внутреннюю и внешнюю формы предмета, события, явления, их совершенство». Внешне гармония может проявляться в мелодии, ритме, симметрии, пропорциональности. Математика – царица всех наук, символ мудрости. Красота математики среди наук недосягаема, а красота является одним из связующих звеньев науки и искусства. Это не только стройная система законов, теорем и задач, но и уникальное средство познания красоты. Красота многогранна и многолика. Она выражает высшую целесообразность устройства мира, подтверждает универсальность математических закономерностей, которые действуют одинаково эффективно в кристаллах и живых организмах, в атоме и во Вселенной, в произведениях искусства и в научных открытиях Конечно же все законы красоты невозможно вместить в несколько формул. Но, изучая математику мы открываем всё новые и новые слагаемые прекрасного, приближаясь к пониманию, а в дальнейшем и к созданию красоты и гармонии Искусство, наука, красота… Искусство и наука - эти две великие сферы человеческой деятельности, внешне столь разные и далекие друг от друга, тесно переплетены между собой незримыми узами! И разорвать эти узы нельзя, не повредив и тому и другому. Красота является самым крепким связующим звеном между наукой и искусством! «Потребность красоты и творчества, воплощающего ее, - неразлучна с человеком, и без нее человек, быть может, не захотел бы жить на свете». Ф.М.Достоевский Добро, Истина, Красота Древние утверждали триединство этих трёх ликов культуры. Со временем Истина отошла к науке, Красота к искусству, а Добро вообще повисло в воздухе. Но наука не освящённая идеалами Добра ведёт мир к катастрофе. Искусство, потерявшее луч Истины , погружается в мир декаданса. Красота в равной мере должна питать искусство и науку. Математика владеет не только истиной, но и высшей красотой - красотой отточенной и строгой, возвышенно чистой и стремящейся к подлинному совершенству, которое свойственно лишь величайшим образцам искусства. Бертран Рассел Математик, так же как и художник или поэт, создает узоры, и если его узоры более устойчивы, то лишь потому, что они составлены из идей «Математика есть прообраз красоты мира». В.Гейзенберг Очень важно найти математические закономерности прекрасном - «законы красоты». Попытки хотя бы приблизиться к ним предпринимались с древнейших времён: это и математические законы Пифагора в музыке, и геометрическая модель Вселенной Кеплера, это и система пропорций в скульптуре и архитектуре, и геометрические законы живописи. И сегодня энтузиазм исследователей не убывает. В отличие от истины красота понятна человеку даже тогда, когда её внутренние закономерности остаются непознанными. Каждый ясно видит разницу между правильными и неправильными чертами человеческого лица, но до сих пор никто не может точно сформулировать закон, которому подчинена форма красивого лица. Струи бьющих фонтанов привлекают правильностью и красотою своих линий, хотя не каждый знает, что это параболы, и тем более не в состоянии написать их уравнения. Существуют ли объективные законы прекрасного?
Царское село. Екатерининский дворец Не стоит наводить «математический » порядок в искусстве. Искусство живёт своей жизнью, оно соткано из диалектически противоположных начал – материального и духовного, рационального и иррационального, сконструированного и сотворённого, рассчитанного и угаданного. В первом случае искусство доступно точному математическому анализу, во второй не подвластно математике, да и не нужно разрушать эту волшебную часть искусства логикой. Искусство –это не только содержание , но и форма. Но не убьёт ли знание законов формообразования искусство, не превратит ли его в процесс изготовления штампов? Истинному искусству это не грозит. Имхотеп и Хесира, Поликлет и Пракситель, Дюрер и Леонардо да Винчи, Моцарт и Бах, Палладио и Ле Корбюзье – все они отдали дань поиску математических законов искусства, однако это не убило в них художников, а скорее наоборот, помогло стать великими Единство науки и искусства – важнейший залог последующего развития культуры. Удивительный мир симметрии Подготовили учащиеся: Сенченко Настя, Минасова Екатерина Руководитель: Скок Валентина Николаевна "Симметрия является той идеей, посредством которой человек на протяжении веков пытался постичь и создать порядок, красоту и совершенство.” (Г. Вейль) Симметрия в природе – следствие необходимости сохранять устойчивость. Симметрия лежит в основе законов сохранения. Можно сказать, что симметрия – это проявление стремления материи к надёжности и прочности. Что же такое симметрия? В древности слово «симметрия» употреблялось в значении «гармония», «красота». Будем называть симметрией фигуры, любое преобразование, переводящее фигуру в себя, т.е. обеспечивающее ее самосовмещение. В школьном курсе геометрии рассматриваются три вида симметрии
Симметрия относительно точки Фигура называется симметричной относительно точки, если для каждой точки фигуры симметричная ей точка также принадлежит этой фигуре. Такая симметрия называется центральной. Центральную симметрию можно встретить повсюду В природе, в науке, в строительстве, и т.д. Симметрия относительно прямой Фигура называется симметричной относительно прямой, если для каждой точки фигуры симметричная ей точка также принадлежит этой фигуре. Такая симметрия еще называется осевой симметрией Осевая симметрия присутствует, чуть ли не в каждом архитектурном объекте Фрагмент чугунной решётки ворот Таврического дворца в Санкт-Петербурге Осевая симметрия в живой природе. Симметрия относительно плоскости Если преобразование симметрии относительно плоскости переводит фигуру в себя, то фигура называется симметричной относительно плоскости, а данная плоскость – плоскостью симметрии этой фигуры. Часто такую симметрию называют зеркальной. А зеркало не просто копирует объект, но и меняет местами передние и задние части объекта по отношению к зеркалу. Нетрадиционные виды симметрии Винтовая симметрия, симметрия поворота, переносная симметрия Свойства симметрии Симметрия многолика. Она обладает свойствами, которые одновременно и просты, и сложны, способны проявляться и единожды, и бесконечно много раз. Даже человек, мало знакомый с геометрией, легко выберет из предложенных ему фигур наиболее симметричные Распределение фигур по классам симметрии Распределение по классам симметрий дает нам новый взгляд на фигуры. К одному классу (треугольник, четырехугольник) мы отнесем фигуры, которые совмещаются единственным способом, к другому (равнобедренный и равносторонний треугольник, квадрат) отнесем фигуры, имеющие два и более вида симметрии. К отдельному (круг и шар) классу отнесем фигуры, которые обладают бесконечным множеством симметрий. Симметрию можно конструировать самим, например, при рисовании различных орнаментов, при постановке танца и т. д. Симметрия и асимметрия Симметрия и асимметрия - это две формы проявления одной и той же закономерности - закономерности двойственности. Симметрия воспринимается нами как покой, скованность, закономерность, тогда как асимметрия означает движение, свободу, случайность. Истинную красоту можно постичь только в единстве противоположностей. Примером удивительного сочетания симметрии и асимметрии является Храм Василия Блаженного Это композиция из 10 храмов, каждый из которых обладает центральной симметрией, в целом асимметрична. Симметричные архитектурные детали собора как бы кружатся в асимметричном беспорядочном танце вокруг центрального шатра. Природа – наука – искусство Итак, сфера влияния симметрии поистине безгранична. Природа – наука – искусство, всюду мы видим противоборство, а часто и единство двух великих начал – симметрии и асимметрии, которые во многом и определяют гармонию природы, мудрость науки и красоту искусства. Учащиеся лицея 116 подготовили доклад и презентацию на тему «КРАСОТА ПО-МАТЕМАТИЧЕСКИ. Путешествие в мир фракталов» Лицей №116 Подготовили: Учащиеся :Авхуков А.А., Данилин П.О. Руководитель: Зарипова Елена Валерьевна КРАСОТА ПО-МАТЕМАТИЧЕСКИ Путешествие в мир фракталов Бенуа Мандельборт Впервые фрактальную природу нашего мира подметил математик Бенуа Мандельброт: "Почему геометрию часто называют холодной и сухой? Одна из причин заключается в ее неспособности описать форму облака, горы, дерева или берега моря. Облака - это не сферы, горы - не конусы, линии берега - это не окружности, и кора не является гладкой, а молния не распространяется по прямой. Природа демонстрирует нам совсем другой уровень сложности." Понятие "фрактал". Понятия фрактал и фрактальная геометрия, появившиеся в конце 70-х прочно вошли в обиход математиков и программистов. Слово фрактал образовано от латинского fractus и в переводе означает состоящий из фрагментов. Оно было предложено Бенуа Мандельбротом в 1975 году для обозначения нерегулярных, но самоподобных структур, которыми он занимался. Рождение фрактальной геометрии принято связывать с выходом в 1977 году книги Мандельброта `The Fractal Geometry of Nature'. В его работах использованы научные результаты других ученых, работавших в период 1875-1925 годов в той же области (Пуанкаре, Фату, Жюлиа, Кантор, Хаусдорф). Но только в наше время удалось объединить их работы в единую систему. РОЛЬ ФРАКТАЛОВ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ. Роль фракталов в компьютерной графике сегодня достаточно велика. Они приходят на помощь, например, когда требуется, с помощью нескольких коэффициентов, задать линии и поверхности очень сложной формы. С точки зрения компьютерной графики, фрактальная геометрия незаменима при генерации искусственных облаков, гор, поверхности моря. Фракталы с большой точностью описывают многие физические явления и природные образования: горы, облака, турбулентные течения, корни, ветви и листья деревьев, кровеносные сосуды, что далеко не соответствует простым геометрическим фигурам. Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. В самом простом случае небольшая часть фрактала содержит информацию о всем фрактале. Определение фрактала, данное Мандельбротом, звучит так: "Фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому" Геометрические фракталы Именно с них и начиналась история фракталов. Этот тип фракталов получается путем простых геометрических построений. Обычно при построении этих фракталов поступают так: берется "затравка", на основании которой будет строиться фрактал. Далее к этой "затравке" применяют набор правил, который преобразует ее в какую-либо геометрическую фигуру. Далее к каждой части этой фигуры применяют опять тот же набор правил. С каждым шагом фигура будет становиться все сложнее и сложнее, и если мы проведем бесконечное количество преобразований - получим геометрический фрактал. Снежинка Коха Из геометрических фракталов интересным является - снежинка Коха. Строится она на основе равностороннего треугольника. Все линии, которого заменяются на 4 линии каждая длинной в 1/3 исходной. Таким образом, с каждым повторением данной операции длинна кривой увеличивается на треть. И если мы сделаем бесконечное число этих повторяющихся операций - получим фрактал - снежинку Коха бесконечной длинны. Получается, что наша бесконечная кривая покрывает ограниченную площадь. Треугольник Серпинского Для построения из центра равностороннего треугольника "вырежем" треугольник. Повторим эту же процедуру для трех образовавшихся треугольников (за исключением центрального) и так до бесконечности. Если мы теперь возьмем любой из образовавшихся треугольников и увеличим его - получим точную копию целого. В данном случае мы имеем дело с полным самоподобием. Алгебраические фракталы Для построения алгебраических фракталов используются повторения нелинейных отображений, задаваемых простыми алгебраическими формулами. Если фазовым является двухмерное пространство, то, окрашивая области притяжения различными цветами, можно получить цветовой фазовый портрет этой системы. Меняя алгоритм выбора цвета, можно получить сложные фрактальные картины с причудливыми многоцветными узорами. Неожиданностью для математиков стала возможность с помощью простых алгоритмов порождать очень сложные структуры. Стохастические фракталы Еще одним известным классом фракталов являются стохастические фракталы, которые получаются в том случае, если в повторяющимся процессе случайным образом менять какие-либо его параметры. При этом получаются объекты очень похожие на природные - несимметричные деревья, изрезанные береговые линии и т.д. Двумерные стохастические фракталы используются при моделировании рельефа местности и поверхности моря. Применение фракталов Компьютерная графика Фракталы широко применяются в компьютерной графике для построения изображений природных объектов, таких, как деревья, кусты, горные ландшафты, поверхности морей и так далее. С использованием фракталов могут строиться самые разные изображения, например, облака, снега, береговые линии, деревья и кусты и др.. Поэтому применять фрактальные изображения можно в самых разных сферах, начиная от создания обычных текстур и фоновых изображений и кончая фантастическими ландшафтами для компьютерных игр или книжных иллюстраций. А создаются подобные фрактальные шедевры путем математических расчетов, базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула - это означает, что никаких объектов в памяти компьютера не хранится, и изображение (как бы ни было оно замысловато) строится исключительно на основе уравнений. Физика и другие естественные науки В физике фракталы естественным образом возникают при моделировании нелинейных процессов, таких, как турбулентное течение жидкости, сложные процессы диффузии-адсорбции и других. Фракталы используются при моделировании пористых материалов, например, в нефтехимии. В биологии они применяются для моделирования популяций и для описания систем внутренних органов (система кровеносных сосудов). Другие применения Литература Среди литературных произведений находят такие, которые обладают текстуальной, структурной или семантической фрактальной природой. В текстуальных фракталах потенциально бесконечно повторяются элементы текста:
В структурных фракталах схема текста потенциально фрактальна:
Радиотехника Использование фрактальной геометрии при проектировании антенных устройств было впервые применено американским инженером Натаном Коэном, который тогда жил в центре Бостона, где была запрещена установка внешних антенн на здания. Натан вырезал из алюминиевой фольги фигуру в форме кривой Коха и наклеил её на лист бумаги, затем присоединил к приёмнику. Оказалось, что такая антенна работает не хуже обычной. И, хотя физические принципы работы такой антенны не изучены до сих пор, это не помешало Коэну основать собственную компанию и наладить их серийный выпуск. Преподаватель: Предоставляю слово учащимся СИПЛ №50, которые познакомят нас с темой «Математика в архитектуре» Подготовили учащиеся: Цуверкалов Алексей, Дерябин Вячеслав, Лазарько Денис Руководитель: Подольская Е. М. Слайд №1 Почему торжественность вокруг? Слышите, как быстро смолкла речь? Это о царице всех наук Начинаем мы сегодня вечер. Не случайно ей такой почет. Это ей дано давать ответы, Как хороший выполнить расчет. Для постройки здания, ракеты. Есть о математике молва, Что она в порядок ум приводит, Потому хорошие слова Часто говорят о ней в народе. Ты нам, математика, даёшь Для победы трудностей закалку, Учится с тобой молодёжь Развивать и волю и смекалку . И за то, что в творческом труде Выручаешь в трудные моменты, Мы сегодня искренне тебе Посылаем гром аплодисментов. Трудно себе представить более прекрасную и романтическую профессию, чем архитектор. Это люди, которые осуществляют планирование, разметку и застройку всех наших городов. Строят гигантские, красивые здания. Все в чем мы живем, и что видим – все создано архитекторами. Памятники известным людям, памятки старины – дворцы, замки, старинные церкви, все это также создано архитекторами. Вплоть до последнего кирпича, все наследие современных людей, все места их обитания – это то, что создано благодаря упорному и стойкому труду архитекторов. Их знания очень объемные, ведь чтобы построить высотный большой дом нужно учесть много факторов. И все эти факторы должны быть учтены, и рассчитаны по математическим формулам. Знание математики просто обязательно в архитектуре. Слайд №2
|