stringtranslate.com

Коэффициент пластичности

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

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

Квадраты со сторонами в отношении ρ образуют замкнутую спираль

Определение

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

.

Отношение обычно обозначается

Пусть ⁠ ⁠ и ⁠ ⁠ , тогда

.

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

Решая уравнение по формуле Кардано ,

или, используя гиперболический косинус , [2]

⁠ ⁠ — сверхстабильная неподвижная точка итерации .

Результатом итерации является непрерывный обратный квадратный корень

Разделив определяющий трехчлен на ⁠, получаем , а сопряженные элементы равны

с и

Характеристики

Прямоугольники с соотношениями сторон ρ , ρ 2 , ρ 3 (верхний) и ρ 2 , ρ , ρ 3 (нижний ряд) замостили квадрат.

Пластическое отношение ⁠ ⁠ и золотое сечение ⁠ ⁠ являются единственными морфическими числами: действительными числами x > 1 , для которых существуют натуральные числа m и n такие, что

и . [3]

Морфические числа могут служить основой для системы мер.

Свойства ⁠ ⁠ (m=3 и n=4) связаны со свойствами ⁠ ⁠ (m=2 и n=1). Например, пластическое отношение удовлетворяет продолженному радикальному

,

в то время как золотое сечение удовлетворяет аналогичному

Пластическое отношение может быть выражено через само себя как бесконечная геометрическая прогрессия

и

по сравнению с золотым сечением тождества

и наоборот .

Кроме того, в то время как

Для каждого целого числа имеется

Алгебраическое решение приведенного уравнения пятой степени можно записать в терминах квадратных корней, кубических корней и радикала Бринга . Если , то . Так как

Простая цепная дробь с несколькими низкими степенями

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

Пластическое отношение — это наименьшее число Пизо . [4] Поскольку абсолютное значение алгебраических сопряженных чисел меньше 1, степени генерируют почти целые числа . Например: После 29 шагов вращения фазы вовнутрь спирально закручивающейся сопряженной пары — изначально близкие к — почти совпадают с мнимой осью.

Минимальный многочлен пластического отношения имеет дискриминант . Поле классов Гильберта мнимого квадратичного поля может быть образовано присоединением . С аргументом генератор для кольца целых чисел, имеем специальное значение Дедекинда эта- частного

. [5]

Выражено в терминах инварианта класса Вебера-Рамануджана G n

. [6]

Свойства соответствующего инварианта Клейна j ⁠ ⁠ приводят к почти идентичности . Разница составляет < 1/12659 .

Эллиптическое интегральное сингулярное значение [7] для имеет замкнутую форму выражения

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

Последовательность Ван дер Лаана

Веер из пластиковых плиток Рози с площадями в соотношении Ⴔ. Граница фрактала имеет размерность подсчета ящиков 1,11

В своем стремлении к ощутимой ясности голландский монах-бенедиктинец и архитектор Дом Ханс ван дер Лаан (1904-1991) спросил о минимальной разнице между двумя размерами, чтобы мы ясно воспринимали их как отдельные. Кроме того, каково максимальное соотношение двух размеров, чтобы мы все еще могли соотносить их и воспринимать близость. Согласно его наблюдениям, ответы — 1/4 и 7/1 , охватывающие один порядок размера . [8] Требуя пропорциональной непрерывности, он построил геометрический ряд из восьми мер ( типов размера ) с общим отношением 2 / (3/4 + 1/7 1/7 ) ≈ ρ . Представленная в рациональной форме, эта архитектоническая система меры построена из подмножества чисел, которые носят его имя.

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

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 отношение между последовательными членами — это пластическое отношение.

Огранка Кордонье 1924 г. При S 1 = 3, S 2 = 4, S 3 = 5 гармоническое среднееС 2/С 1 , С 1 + С 2/С 3 и С 3/С 2 равно 3 / ( 3/4 + 5/7 + 4/5 ) ​​≈ ρ + 1/4922.

Первые 14 индексов n, для которых ⁠ ⁠ является простым числом, это 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 может быть расширена до отрицательных индексов с помощью

.

Производящая функция последовательности Ван дер Лаана определяется выражением

для [10]

Последовательность связана с суммами биномиальных коэффициентов соотношением

. [11]

Характеристическое уравнение рекуррентности имеет вид . Если три решения представляют собой действительный корень и сопряженную пару и , числа Ван дер Лаана можно вычислить с помощью формулы Бине [11]

, с действительными ⁠ ⁠ и сопряженными ⁠ ⁠ и ⁠ ⁠ корнями .

Так как и , то число является ближайшим целым числом к ​​, при этом n > 1 и 0,31062 88296 40467 07776 19027...

Коэффициенты приводят к формуле Бине для соответствующей последовательности .

Первые несколько членов — 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 утверждение неверно, но небольшое количество псевдопростых чисел делает последовательность особенной. [12] Единственные 7 составных чисел ниже 10 8 , прошедших тест, — это n = 271441, 904631, 16532714, 24658561, 27422714, 27664033, 46672291. [13]

Пластиковый фрактал Рози: объединенная поверхность и три отдельные плитки имеют площади в соотношении ρ 5  : ρ 2  : ρ  : 1.

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

След ⁠ ⁠ дает числа Перрена .

В качестве альтернативы, ⁠ ⁠ можно интерпретировать как матрицу инцидентности для системы Линденмайера D0L на алфавите с соответствующим правилом подстановки

и инициатор ⁠ ⁠ . Ряд слов ⁠ ⁠, полученный путем итерации подстановки, обладает тем свойством, что количество c, b и a равно последовательным числам Ван дер Лаана. Их длины равны

С этим процессом переписывания строк связан набор, состоящий из трех перекрывающихся самоподобных плиток, называемый фракталом Рози , который визуализирует комбинаторную информацию, содержащуюся в последовательности букв с несколькими поколениями. [14]

Геометрия

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

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

  1. Тривиальное решение, представленное тремя равными прямоугольниками с соотношением сторон 3:1.
  2. Решение, в котором два из трех прямоугольников равны, а третий имеет длину стороны в два раза больше, чем два других, причем прямоугольники имеют соотношение сторон 3:2.
  3. Решение, в котором все три прямоугольника имеют разные размеры и имеют соотношение сторон ρ 2 . Соотношения линейных размеров трех прямоугольников равны: ρ (большой:средний); ρ 2 (средний:маленький); и ρ 3 (большой:маленький). Внутреннее длинное ребро самого большого прямоугольника (линия разлома квадрата) делит два из четырех ребер квадрата на два сегмента, каждый из которых находится в соотношении ρ. Внутреннее совпадающее короткое ребро среднего прямоугольника и длинное ребро маленького прямоугольника делят одно из двух других ребер квадрата на два сегмента, которые находятся в соотношении ρ 4 .

Тот факт, что прямоугольник с соотношением сторон ρ 2 может быть использован для разбиения квадрата на подобные прямоугольники, эквивалентен алгебраическому свойству числа ρ 2 , связанному с теоремой Рауса–Гурвица : все его сопряженные числа имеют положительную действительную часть. [17] [18]

Радиус описанной окружности плосконосого икосододекододекаэдра для единичной длины ребра равен

. [19]

Прямоугольник Ро-квадрат

Вложенные ро-квадратные прямоугольники с длинами сторон, выраженными степенями ρ .

Дан прямоугольник высотой 1 , длиной ⁠ ⁠ и длиной диагонали (согласно ). Треугольники на диагонали имеют высоты, каждая перпендикулярная ножка делит диагональ в отношении .

С левой стороны отрежьте квадрат со стороной 1 и отметьте пересечение с падающей диагональю. Оставшийся прямоугольник теперь имеет соотношение сторон ⁠ ⁠ (согласно ). Разделите исходный прямоугольник на четыре части вторым, горизонтальным разрезом, проходящим через точку пересечения. [20]

Исходный ро-квадратный прямоугольник и две масштабированные копии вдоль диагонали имеют линейные размеры в соотношениях Площади прямоугольников, противоположных диагонали, оба равны , с соотношениями сторон (внизу) и (вверху).

Если диаграмму далее разделить перпендикулярными линиями, проходящими через основания высот, то длины диагонали и ее (на данный момент) семи отдельных подсекторов находятся в соотношениях , где соответствует расстоянию между обоими основаниями.

Вложенные ро-квадратные прямоугольники с диагоналями в отношениях ⁠ ⁠ сходятся на расстоянии от точки пересечения. Это равно единственному положительному узлу, который оптимизирует кубическую интерполяцию Лагранжа на интервале [−1,1] . При оптимальном наборе узлов T = {−1,−t, t, 1 } функция Лебега оценивается как минимальная кубическая константа Лебега в критической точке [21] Поскольку , это также расстояние от точки сходимости до верхней левой вершины.

История и имена

Церковь аббатства Св. Бенедиктусберга 1967 года, 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 это соотношение для себя в 1924 году. В своей переписке с Гансом ван дер Лааном несколько лет спустя он назвал его радиантным числом ( фр . le nombre radiant ). Ван дер Лаан изначально называл его фундаментальным соотношением ( голланд . de grondverhouding ), используя пластическое число ( голланд . het plastische getal ) с 1950-х годов. [22] В 1944 году Карл Зигель показал, что ρ является наименьшим возможным числом Пизо–Виджаярагхавана , и предложил назвать его в честь Туэ.

В отличие от названий золотых и серебряных сечений , слово «пластик» ван дер Лаан не подразумевал для обозначения конкретного вещества, а скорее в его прилагательном смысле, означающем что-то, чему можно придать трехмерную форму. [23] Это, по мнению Ричарда Падована , происходит потому, что характерные соотношения числа, 3/4 и 1/7 , относятся к пределам человеческого восприятия в отношении одного физического размера к другому. Ван дер Лаан спроектировал церковь аббатства Св. Бенедиктусберга 1967 года с учетом этих пластических числовых пропорций. [24]

Пластиковое число также иногда называют серебряным числом, название ему дал Мидхат Дж. Газале [25] и впоследствии использовал Мартин Гарднер [26] , но это название чаще используется для серебряного отношения 1 + 2 , одного из отношений из семейства металлических средних, впервые описанного Верой В. де Спинадель . Гарднер предложил называть ρ 2 «высоким фи», а Дональд Кнут создал специальный типографский знак для этого названия, вариант греческой буквы фи («φ») с приподнятым центральным кругом, напоминающим грузинскую букву пари («Ⴔ»).

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Sloane, N. J. A. (ред.). "Последовательность A072117". Онлайновая энциклопедия целочисленных последовательностей . Фонд OEIS.
  2. ^ Табризян, Пейам (2022). «Каково соотношение пластика?». YouTube . Получено 26 ноября 2023 г.
  3. ^ Аартс, Ян; Фоккинк, Робберт; Крейцер, Годфрид (2001). «Морфические числа» (PDF) . Новый архив для Вискунде . 5. 2 (1): 56–58 . Проверено 26 ноября 2023 г.
  4. ^ ab Panju, Maysum (2011). "Систематическая конструкция почти целых чисел" (PDF) . The Waterloo Mathematics Review . 1 (2): 35–43 . Получено 29 ноября 2023 г. .
  5. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Пластическая постоянная». MathWorld .
  6. ^ Рамануджан G-функция (на немецком)
  7. ^ Вайсштейн, Эрик В. "Эллиптическое интегральное сингулярное значение". MathWorld .
  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. ^ V n = Pa n+3
  10. ^ ab (последовательность A182097 в OEIS )
  11. ^ ab (последовательность A000931 в OEIS )
  12. ^ Адамс, Уильям; Шэнкс, Дэниел (1982). «Сильные тесты на простоту, которые недостаточны». Math. Comp . 39 (159). AMS: 255–300. doi : 10.2307/2007637 . JSTOR  2007637.
  13. ^ (последовательность A013998 в OEIS )
  14. ^ Сигел, Энн; Таким образомвальднер, Йорг М. (2009). «Топологические свойства фракталов Рози». Мемуары математического общества Франции . 2. 118 : 1–140. дои : 10.24033/msmf.430.
  15. ^ Стюарт, Ян (1996). «Рассказы о забытом числе». Scientific American . 274 (6): 102–103. Bibcode : 1996SciAm.274f.102S. doi : 10.1038/scientificamerican0696-102. Архивировано из оригинала 20.03.2012.Отзыв в: Стюарт, Ян (1996). «Руководство по компьютерным знакомствам». Scientific American . 275 (5): 118. Bibcode : 1996SciAm.275e.116S. doi : 10.1038/scientificamerican1196-116.
  16. ^ Spinadel, Vera W. de ; Redondo Buitrago, Antonia (2009), «К пластическому числу ван дер Лаана на плоскости» (PDF) , Journal for Geometry and Graphics , 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. ^ Лацкович, М.; Шекереш, Г. (1995), «Замощение квадрата подобными прямоугольниками», Дискретная и вычислительная геометрия , 13 (3–4): 569–572, doi : 10.1007/BF02574063 , MR  1318796
  19. ^ Вайсштейн, Эрик В. "Плосконосый икосододекадодекаэдр". MathWorld .
  20. Аналог конструкции в: Crilly, Tony (1994). «Сверхзолотой прямоугольник». The Mathematical Gazette . 78 (483): 320–325. doi :10.2307/3620208. JSTOR  3620208.
  21. ^ Rack, Heinz-Joachim (2013). "Повторный пример оптимальных узлов для интерполяции". В Anastassiou, George A.; Duman, Oktay (ред.). Advances in applied Mathematics and Approximation Theory 2012 . Springer Proceedings in Mathematics and Statistics. Vol. 41. pp. 117–120. doi :10.1007/978-1-4614-6393-1. ISBN 978-1-4614-6393-1.
  22. Voet 2016, примечание 12.
  23. ^ Шеннон, AG; Андерсон, PG; Хорадам, AF (2006). «Свойства чисел Кордонье, Перрена и Ван дер Лаана». Международный журнал математического образования в области науки и технологий . 37 (7): 825–831. doi :10.1080/00207390600712554. S2CID  119808971.
  24. ^ Падован, Ричард (2002), «Дом Ханс ван дер Лаан и пластиковое число», Nexus IV: Архитектура и математика , Фучеккио (Флоренция): Книги Кима Уильямса: 181–193.
  25. ^ Газале, Мидхат Дж. (1999). «Глава VII: Серебряное число». Гномон: от фараонов до фракталов . Принстон, Нью-Джерси: Princeton University Press. С. 135–150.
  26. ^ Гарднер, Мартин (2001). «Шесть сложных задач по препарированию» (PDF) . Тренировка Гарднера . Натик, Массачусетс: AK Peters. стр. 121–128.(Ссылка на статью в журнале Quantum 1994 года без постскриптума Гарднера.)

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки