德国画家杜瑞,即阿尔布雷特·丢勒(Albrecht Dürer),是德国中世纪末期、文艺复兴时期的著名油画家、版画家、雕塑家及艺术理论家。他于1471年5月21日出生,1528年4月6日去世。丢勒以其高质量的木刻版画在20多岁时就已经在欧洲声名鹊起,被认为是北方文艺复兴中最好的艺术家之一。他的作品包括祭坛、宗教作品、人物画、自画像以及铜版画等。他还有许多理论贡献,包括数学定理、透视及头身比例等。
欧洲的文艺复兴时期天才辈出。他们并非只专一技之长,而是多才多艺的。特别是有像列奥纳多·达·芬奇这样的人,不但是画家、科学家、建筑家,而且又是土木工程师。同时代的德国画家杜瑞也是这样的天才之一。
他从透视图和远近法开始,进行科学的一个分支研究,是一位卓越的几何学家。他还不仅仅研究了直线和圆。在他研究的螺旋线中,他给起了“永远曲线”这样的名字。这就是今天称为 “对数螺旋线”的一种螺旋线。
如果有人按一定的坡度登一座圆锥形的山,这时登山道就变成如下图所示的螺旋线状。可从飞机上俯视这条登山道,看看它变成何种曲线?
首先,从山顶上作出的放射线总是 一定角度相交,这是已知的。
按这种方式作出的螺旋线就是杜瑞所说的“永远曲线”现在叫做对数螺旋线。
这种对数螺旋线在自然界多有所见。例如,螺的贝壳上的线况及在已结籽的向日葵上也可看到。
可以认为这条曲线具有无限延长的量,也许这就是杜瑞把它叫做永远曲线的道 理吧。确实,不但在螺这样小的东西中,在直径10万光年这样大的星云中也呈 现出这种曲线形状。
莱布尼茨的学生,即对微积分作出了伟大贡献的雅各布·伯努利,非常喜欢这种 对数螺旋线。临死前曾留下遗言,要在他自己的墓碑上刻上对数螺旋线和“Eadem resurgo”这句话,表明了他“不论有多大变化,我按原样复活”的本意。
这可能是因为对数螺旋线不论按原样放大或缩小,都能和原曲线重合的道理吧。
把这种螺旋线进行相似地放大,就是让其按一定的角度旋转,故能与原图形重合。
可是据说石匠因为不懂数学,没能实现伯努利特意留下的遗言。石匠刻上去的不是对数螺旋线而是阿基米德螺旋线。阿基米德螺旋线虽然也叫螺旋线,但实际上与对数螺旋线是不同的。例如,由定速旋转的唱片中心令唱针按定速退出,则针脚所画出的曲线就是阿基米德螺旋线。
而这种“永远曲线”则是由于转动角 θ 仅增加一定的大小,而离原点的距离 r 则按一定倍率增长。
因此,r 与 θ 的关系(见表11-5)可以写成下式:
上文转自图灵新知,节选自《数学与生活》,【遇见数学】已获转发许可。
作者:[日] 远山启
译者:逸宁
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