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哪些建築運用了數學原理

發布時間:2022-10-20 16:08:28

Ⅰ 這座塔運用了哪些數學或幾何的原理/應用/知識

位於歐洲南部的希臘,是著名的歐洲古國,幾何學的故鄉。這里的古人提出的三大幾何難題,在科學史上留下了濃濃的一筆。這延續了兩千多年才得到解決的世界性難題,也許是提出三大難題的古希臘人所不曾預料到的。

三大難題的提出

實際中存在著各種各樣的幾何形狀,曲和直是最基本的圖形特徵。相應地,人類最早會畫的基本幾何圖形就是直線和圓。畫直線就得使用一個邊緣平直的工具,畫圓就得使用一端固定而另一端能旋轉的工具,這就產生了直尺和圓規。

古希臘人說的直尺,指的是沒有刻度的直尺。他們在大量的畫圖經歷中感覺到,似乎只用直尺、圓規這兩種作圖工具就能畫出各種滿足要求的幾何圖形,因而,古希臘人就規定,作圖時只能有限次地使用直尺和圓規這兩種工具來進行,並稱之為尺規作圖法。

漫長的作圖實踐,按尺規作圖的要求,人們作出了大量符合給定條件的圖形,即便一些較為復雜的作圖問題,獨具匠心地經過有限步驟也能作出來。到了大約公元前6世紀到4世紀之間,古希臘人遇到了令他們百思不得其解的三個作圖問題。

三等分角問題:將任一個給定的角三等分。

立方倍積問題:求作一個正方體的棱長,使這個正方體的體積是已知正方體體積的二倍。

化圓為方問題:求作一個正方形,使它的面積和已知圓的面積相等。

這就是著名的古代幾何作圖三大難題,它們在《幾何原本》問世之前就提出了,隨著幾何知識的傳播,後來便廣泛留傳於世。

貌以簡單其實難

從表面看來,這三個問題都很簡單,它們的作圖似乎該是可能的,因此,2000多年來從事幾何三大難題的研究頗不乏人。也提出過各種各樣的解決辦法,例如阿基米德、帕普斯等人都發現過三等分角的好方法,解決立方倍積問題的勃洛特方法等等。可是,所有這些方法,不是不符合尺規作圖法,便是近似解答,都不能算作問題的解決。

其間,數學家還把問題作種種轉化,發現了許多與三大難題密切相關的一些問題,比如求等於圓周的線段、等分圓周、作圓內接正多邊形等等。可是誰也想不出解決問題的辦法。三大作圖難題就這樣絞盡了不少人的腦汁,無數人做了無數次的嘗試,均無一人成功。後來有人悟及正面的結果既然無望,便轉而從反面去懷疑這三個問題是不是根本就不能由尺規作出?

數學家開始考慮哪些圖形是尺規作圖法能作出來的,哪些不能?標準是什麼?界限在哪裡?可這依然是十分困難的問題。

高斯的發現

歷史的車輪轉到了17世紀。法國數學家笛卡爾創立解析幾何,為判斷尺規作圖可能性提供了從代數上進行研究的手段,解決三大難題有了新的轉機。

最先突破的是德國數學家高斯。他於1777年4月30日出生於不倫瑞克一個貧苦的家庭。他的祖

父是農民,父親是打短工的,母親是泥瓦匠的女兒,都沒受過學校教育。由於家境貧寒,冬天傍晚,為節約燃料和燈油,父親總是吃過晚飯就要孩子睡覺。高斯爬上小閣樓偷偷點亮自製的蕪菁小油燈,在微弱的燈光下讀書。他幼年的聰慧博得一位公爵的喜愛,15歲時被公爵送進卡羅琳學院,1795年又來到哥庭根大學學習。由於高斯的勤奮,入學後第二年,他就按尺規作圖法作出了正17邊形。緊接著高斯又證明了一個尺規作圖的重大定理:如果一個奇素數P是費爾馬數,那麼正P邊形就可以用尺規作圖法作出,否則不能作出。

由此可以斷定,正3邊、5邊、17邊形都能作出,而正7邊、11邊、13邊形等都不能作出。

高斯一生不僅在數學方面做出了許多傑出的成績,而且在物理學、天文學等方面也有重要貢獻。他被人們贊譽為「數學王子」。高斯死後,按照他的遺願,人們在他的墓碑上刻上一個正17邊形,以紀念他少年時代傑出的數學發現。

最後的勝利

解析幾何誕生之後,人們知道直線和圓,分別是一次方程和二次方程的軌跡。而求直線與直線、直線與圓、圓與圓的交點問題,從代數上看來不過是解一次方程或二次方程組的問題,最後的解是可以從方程的系數(已知量)經過有限次的加、減、乘、除和開平方求得。因此,一個幾何量能否用直尺圓規作出的問題,等價於它能否由已知量經過加、減、乘、除、開方運算求得。這樣一來,在解析幾何和高斯等人已有經驗的基礎上,人們對尺規作圖可能性問題,有了更深入的認識,從而得出結論:尺規作圖法所能作出的線段或者點,只能是經過有限次加、減、乘、除及開平方(指正數開平方,並且取正值)所能作出的線段或者點。

標准有了,下來該是大膽探索、細心論證。誰能避過重重險灘將思維貫通起來,誰就是最後勝利者。1837年,23歲的萬芝爾以他的睿智和毅力實現了自己的夢想,證明了立方倍積與三等分任意角不可能用尺規作圖法解決,宣布了2000多年來,人類征服幾何三大難題取得了重大勝利。

他的證明方法是這樣的:

假設已知立方體的棱長為a,所求立方體的棱長為x,按立方倍積的要求應有x3=2a3的關系。所以立方倍積實際是求作滿足方程x3-2a3=0的線

了有理數加、減、乘、除、開方的運算范圍,超出了尺規作圖准則中所說的數量范圍,所以它是不可能解的問題。

用類似地想法,他證明了三等分角也是不可能解的問題。實際上萬芝爾還證明了一個被稱為高斯——萬芝爾定理:如果邊數N可以寫成如下形式N=2t·P1·P2……Pn,其中P1、P2、…Pn都是各不相同的形如22k+1的素數,則可用尺規等分圓周N份,且只有當N可以表成這種形式時,才可用尺規等分圓周N份。根據這一定理,任意角的三等分就不可能了。

1882年,德國數學家林德曼藉助於eiπ=-1證明了π的超越性,從而解決了化圓為方

的問題。假設圓的半徑為r,正方形的邊長為x,按化圓為方數代數方程的根,更不能用加減乘除開平方所表示,因而不可能用尺規法作圖。

從此,古典幾何的三大難題都有了答案。

2000多年來,一代接一代地攻克三大難題,有人不禁要問這值得嗎?假如實際中真遇到要三等分角、立方倍積、化圓為方,只要行之有效,何苦一定用尺規作圖法解決?其實,數學研究並非一定要實用,數學家對每一個未知之謎都要弄個清楚,道個明白,這種執著追求的拗勁正是科學的精神。更為重要的是,對三大難題的研究,反過來促進了數學的發展,出現了新的數學思想和方法,例如阿基米德、帕普斯發現的三等分角的方法,勃洛特用兩塊三角板解決立方倍積問題,等分圓周、作正多邊形,高斯關於尺規作圖標準的重大發現等等。每一次突破不僅是人類智慧的勝利,使數學園地爭奇競艷,而且有利於科學技術的發展。

特別值得提到的是,在三大幾何難題獲得解決的同時,法國數學家伽羅瓦從一般角度對不可能性問題進行研究,在1830年,19歲的伽羅瓦提出了解決這一類問題的系統理論和方法,從而創立了群論。群論是近世抽象代數的基礎,它是許多實際問題的數學模型,應用極其廣泛,而三大幾何作圖難題只不過是這種理論的推論、例題或習題。所以,一般認為三大難題的解決歸功於伽羅瓦理論,可伽羅瓦理論是在他死後14年才發表的,直到1870年,伽羅瓦理論才得到第一次全面清楚的介紹。

Ⅱ 有哪些建築運用了數學知識

建築學都運用了什麼數學知識:三角函數,勾股定理,面積、體積公式,兩點間的直線距離等.
就開課來說 有高等數學 陰影透視 立體幾何 建築力學 不過做設計時算面積就一般的數學就可以

Ⅲ 高架橋伸縮和高塔運用了什麼原因數學原理

它運用了軸對稱和三角形穩定性強的數學原理。

Ⅳ 凱旋門與立交橋的設計有哪些數學原理

在現代化的城市中,為了節約時間、減少交通事故,到處可以見到立交橋。

我們常常看到在有縱橫2個方向的十字路口,需要建成2層的立交橋。那麼,如果3條馬路交叉,或者說從馬路交叉中心向6個方向有著馬路的情況,那應該是幾層立交橋呢?假如某個中心向外輻射10條馬路,要建多少層的立交橋呢?法國巴黎的凱旋門,就是向四周輻射10條馬路,它是採用什麼形式的立交橋呢一般來說,2條馬路交叉需要建2層的立交橋,3條馬路交叉需要3層的立交橋,以此類推,四周輻射10條馬路,即5條馬路交叉應該建5層的立交橋。但是凱旋門並沒有建那種多層的立交橋,而是採用中心的環行馬路溝通10條馬路,各條馬路來的汽車都要匯集在中心地帶的環行馬路,按逆時針行車,然後駛向應去的方向。因此,一般多條馬路匯集在一起,利用環行馬路是比較實際的簡單辦法。

Ⅳ 有哪些很好地體現了數學美的建築

比如說比薩斜塔,就很好的體現了數學美的建築,它的整個體型是傾斜的,給人一種非常危險的感覺,但是非常美。

Ⅵ 鳥巢的設計意圖及幾何圖形之間存在的數學原理

「鳥巢」的設計理念 國家體育場坐落在奧林匹克公園中央區平緩的坡地上,場館設計如同一個的容器,高地起伏變化的外觀緩和了建築的體量感,並賦予了戲劇性和具有震撼力的形體,國家體育場的形象完美純凈,外觀即為建築的結構,立面與結構達到了完美的統一.結構的組件相互支撐,形成了網路狀的構架,它就像樹枝編織的鳥巢.體育場的空間效果即具有前所未有的獨創性,卻又簡潔而典雅,它為2008年奧運會樹立了一座獨特的歷史性的標志性建築.體育場就像一個巨大的容器,不論是近看還是遠觀,都將給人留下與眾不同的、永不磨滅的形象,它完全符合國家體育場在功能和技術上的需求,又不同於一般體育場建築中大跨度結構和數碼屏幕為主體的設計手法.體育場的空間效果既具有前所未有的獨創性,而又簡潔、典雅.從這里,人們可以瀏覽包括通往看台的樓梯在內的整個區域動線.體育場大廳,是一個室內的城市空間,設有餐廳和商店,其作用就如同商業街廊或廣場,吸引著人們留戀忘返.
大量運用數學原理黃金分割定理

Ⅶ 歷史話題:埃及金字塔的修建,是不是運用了大量的數學原理

是的
在四千多年前對力學原理和數學知識有這樣的理解和運用,能有這樣的構造,確實是十分了不起的。

Ⅷ 數學中有什麼原理運用在了建築中

1、三角函數,用在測量定位中;
2、概率統計用在砼試塊合格判定中(數理統計和非數理統計);
3、黃金分割法用在彎矩計算的最大彎矩計算和最危險荷載的計算中;
4、超靜定計算應用在大跨度、懸挑支模架支模架中;
5、面積計算用在界面受力計算中;
6、體積計算用在土方計算中。
。。。。。。。,離不開數學的。

Ⅸ 鳥巢運用了什麼數學原理

鳥巢,即國家體育場,是2008年北京奧運會的主場館,由於於獨特造型又俗稱「鳥巢」。體育場在奧運會期間設有10萬個座位,承辦該屆奧運會的開、閉幕式,以及田徑同足球等比賽項目。由2001年普利茨克獎獲得者赫爾佐格、德梅隆與中國建築師李興剛等合作完成的巨型體育場設計,形態如同孕育生命的「巢」,它更像一個搖籃,寄託著人類對未來的希望。設計者們對這個國家體育場沒有做任何多餘的處理,只是坦率地把結構暴露在外,因而自然形成了建築的外觀。2003年12月24日開工建設,2008年3月完工。2014年4月中國當代十大建築評審委員會從中國1000多座地標建築中,綜合年代、規模、藝術性和影響力四項指標,初評出二十個建築。最終由此產生十大當代建築。北京鳥巢——國家體育場為初評入圍建築之一。里約奧運會即將開幕,北京奧運會的標志性場館——國家體育場「鳥巢」在4日晚以亮燈的方式為里約奧運會送去祝福。

Ⅹ 天壇建築在哪方面運用了數學 天壇建築中哪裡運用了數學

4根龍須柱代表四季,十二根金柱代表一年十二個節氣,外圍十二根檐柱代表十二月,二層共二十四根柱子代表二十四個時辰

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