Симметрия
Материалы для занятия математического кружка
6 класс
О
симметрия! Гимн тебе пою!
Тебя повсюду в мире узнаю.
Ты в Эйфелевой башне, в малой мошке,
Ты в елочке, что у лесной дорожки.
С тобою в дружбе и тюльпан, и роза,
И снежный рой – творение мороза!
Вам хорошо знакомо слово симметрия. Наверное, когда вы
его произносите, то вспоминаете бабочку или клиновый лист, в которых мысленно
можно провести прямую ось и части, которые будут расположены по разные стороны
от этой прямой, будут
практически одинаковыми.
Слово симметрия – греческого происхождения (< сим> –
с, <метрон> – мера) и буквально означает <соразмерность>. В
архитектуре и искусстве оно применяется также в смысле гармоничности,
равновесия, красоты.
Издавна человека, познававшего в ходе трудовой
деятельности явления природы, поражала форма некоторых предметов и существ:
очертания листьев на деревьях, расположение лепестков на цветах, виды плодов и
бабочек, спирали раковин, строение многогранных кристаллов и т.п. Строение
человека также симметрично.
Зачатки учения о симметрии относятся к глубокой
древности, о чём свидетельствуют разнообразные геометрические орнаменты,
сохранившиеся от той эпохи на каменных и гранитных плитах и сосудах.
Многовековые наблюдения человека над симметричными фигурами среди минералов,
растений и животных, его долголетний опыт применения симметрии в строительстве
и искусстве привели к созданию учения о симметрии. О ней писал в своём трактате
< об архитектуре > римский инженер Витрувий (1в.), её изучали и
применяли архитекторы и художники эпохи Возрождения, в том числе выдающиеся
итальянские живописцы Леонардо да Винчи и Рафаэль; ею занимались учёные нового
времени – Луи Пастер ( 1822 – 1895), Пьер и Жак Кюри и др. В геометрию элементы
учения о симметрии ввёл французский математик А.М.Лежандр (1752 – 1833).
В настоящее время учение о симметрии лежит в основе
кристаллографии и находит широкое применение в науке, технике и
промышленности.
Определение
симметрии в геометрии следующее: соразмерность, одинаковость в расположении
частей чего-либо по противоположным сторонам от точки, прямой или
плоскости. Поэтому основные виды симметрии определяются именно
отношением к этим фигурам: симметрия относительно прямой называют осевой
симметрией (симметрией вращения), симметрия относительно плоскости - плоскостной
или зеркальной, симметрия относительно точки – центральной.
Геометрическая фигура ( или тело )
называется симметричной относительно центра C ( рис.1 ), если для каждой
точки A этой фигуры может быть найдена точка E этой же фигуры, так что отрезок
AE проходит через центр C и делится в этой точке пополам ( AC = CE ).
Точка C называется центром симметрии.
Тело ( фигура ) обладает симметрией вращения ( рис.2 ), если
при повороте на угол 360°/n ( здесь n – целое число ) вокруг некоторой прямой AB ( оси
симметрии ) оно полностью
совпадает со своим начальным положением. При n = 2 мы имеем осевую
симметрию. Треугольники ( рис.1 ) имеют также осевую симметрию.
Рис 2.
Геометрическая
фигура называется симметричной относительно плоскости S ( рис.3 ), если
для каждой точки E этой фигуры может быть найдена точка E’ этой же фигуры, так
что отрезок EE’ перпендикулярен
плоскости S и делится этой плоскостью пополам ( EA = AE’ ). Плоскость S называется плоскостью симметрии. Симметричные фигуры, предметы и тела не равны друг другу в узком смысле слова ( например, левая перчатка не подходит для правой
руки и наоборот ). Они называются зеркально
равными.
Рис 3.
Замечательным
примером использования симметрии является человеческая деятельность, а именно -
творческая - это прослеживается в литературе.
Если внимательно посмотреть на алфавит, то уже можно заметить, что
некоторые буквы обладают несколькими видами симметрий: А, В, С, О, Ф и т.д..
Поэтому если поставить перед собой на столе зеркало и положить перед ним бумагу
со словами «кофе» и «чай», то в зеркале мы увидим странную картину: слово кофе
сохранило в зеркале свое очертание, а буквы второго слова перевернулись «вверх
ногами» (рис 4).
Рис 4
Симметрией
обладают целые слова и даже предложения. Это проявление симметрии в литературе
называют палиандромом.
Примеры
палиндромических слов:
топот,
казак,
шалаш.
Примеры
палиндромических фраз:
"Я иду с мечом
судия" (Т. Державин),
"А роза упала на
лапу Азора" (А. Фет);
"Аргентина манит
негра" (Булгаков).
« Я ел мясо лося млея
“
“ Рвал Эол алоэ, лавр “
Рассматривая общий план строения
какого-либо животного, можно заметить известную правильность в расположении
частей тела или органов, которые повторяются вокруг некоторой оси или занимают
одно и то же положение по отношению к некоторой плоскости. Эту правильность
называют симметрией тела.
Явления
симметрии столь широко распространены в животном мире, что весьма трудно
указать группу, в которой никакой симметрии тела подметить нельзя (рис.5).
Вспомните
технические объекты - самолеты, мосты, автомашины, ракеты, молотки, гайки -
практически все они от мала до велика обладают той или иной симметрией.
Случайно ли это? В технике красота, соразмерность механизмов часто бывает
связана с их надежностью, устойчивостью в работе. Симметричная форма дирижабля,
самолета, подводной лодки, автомобиля и т.д. обеспечивает хорошую обтекаемость
воздухом или водой, а значит, и минимальное сопротивление движению (рис 6).
В черчении линии,
выявляющие симметрию изображаемого предмета, называются осевыми или центровыми.
По ГОСТ осевые и центровые линии принято наносить тонкими штрихпунктирными
линиями
В технике существует
своего рода постулат: наиболее целесообразные и функционально совершенные
изделия являются наиболее красивыми. В подтверждение этого постулата приведем
слова генерального авиаконструктора О.К. Антонова: "Мы прекрасно знаем,
что красивый самолет летает хорошо, а некрасивый плохо, а то и вообще не будет
летать. Это не суеверие, а совершенно материалистическое положение...
конструктор может идти часто от красоты к технике, от решений эстетических к
решениям техническим".
Архитектурные сооружения, созданные человеком, в большей своей части
симметричны. Они приятны для глаза, их люди считают красивыми. Симметрия
использовалась при сооружении культовых и бытовых сооружений в Древнем Египте.
Большинство зданий зеркально симметричны.
Общие планы построек, фасады, орнаменты, карнизы, колонны обнаруживают
соразмерность, гармонию.
Украшения этих сооружений тоже представляют образцы использования
симметрии. Но наиболее ярко симметрия проявляется в античных сооружениях
Древней Греции, предметах роскоши и орнаментов, украшавших их. Много примеров использования симметрии дает старая русская
архитектура: колокольни, сторожевые башни, внутренние опорные столбы.
Кроме симметрии в архитектуре можно
рассматривать антисимметрию и диссимметрию. Антисимметрия это противоположность
симметрии, ее отсутствие. Примером антисимметрии в архитектуре является Собор
Василия Блаженного в Москве, где симметрия отсутствует полностью в сооружении в
целом. Однако, удивительно, что отдельные части этого собора симметричны и это
создает его гармонию. Попробуйте привести еще примеры антисимметричных
архитектурных сооружений. Диссимметрия – это частичное отсутствие симметрии,
расстройство симметрии, выраженное в наличии одних симметричных свойств и
отсутствии других. Примером диссимметрии в архитектурном сооружении может
служить Екатерининский дворец в Царском селе под Санкт-Петербургом.
Симметрия очень широко используется в
анимации. Наиболее простые и наглядные случаи – это различные вращения фигур и
тел.
В большинстве сценарных эффектов
симметрия также используется в том или ином виде. Имеется большое количество
программ, позволяющих реализовать эти эффекты – наиболее популярны и них
следующие – GifCreater, Flash и 3DMax.
Из большого количества сложных эффектов анимации
(например, работа с фракталами - зеркальное воспроизведение одного процесса на
всех уровнях или частицами – построение больших эффектов из множества мелких
идентичных эффектов) особого внимания заслуживает эффект листания страниц.
В основу эффекта заложена концепция
изменения позиции оси симметрии (рис 8) – сначала она располагается под углов
45 градусов в правом нижнем углу, а затем перемещается в левый верхний угол той
же страницы по углом 90 градусов (т.е принимает вертикальное положение) .
Рис 8
Сам
эффект основан на перемещении двух клипов (прямоугольников) вокруг оси
симметрии относительно текущей симметрии (рис 9).
Рис 9
1.
Математика. Энциклопедия для детей. М.:
Аванта+,2004.
2.
Я познаю мир: Детская энциклопедия: Математика /
Авт. сост. А.П. Савин М.: ООО «Издательство АСТ», 2002
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.