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G-11B-3_2 虛擬學具
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operation
實驗操作1

實驗目標:
克卜勒曾經說「幾何學擁有兩件至寶:畢氏定理與黃金比例。」黃金比例是一個特殊的數學比例,常以符號「$\phi$」表示。

操作步驟:

  1. 點按 [藍色箭頭],讓 $P$ 點將線段 $\overline{AB}$ 分割成兩段,其中 $\overline{PA}>\overline{PB}$。
  2. 點按右下角按鈕 進行下一步,點按 可返回上一步,依循繪圖區指示並完成觀察紀錄。

observation
觀察記錄1

當等式 $$\dfrac{長段}{短段}=\dfrac{全段}{長段}\;(即\;\dfrac{\overline{PA}}{\overline{PB}}=\dfrac{\overline{AB}}{\overline{PA}})$$ 成立時,這樣的分割稱為「黃金分割」,此時的比值就稱為「黃金比例」,常以符號「$\phi$」表示。

我們可令長段 $\overline{PA}=\phi$,短段 $\overline{PB}=1$,則全段 $\overline{AB}=\phi+1$,等式則變為 $\dfrac{\phi}{1}=\dfrac{\phi+1}{\phi}$。
  1. 將等式 $\dfrac{\phi}{1}=\dfrac{\phi+1}{\phi}$ 整理為 $\phi^2-\phi-1=0$,可解得黃金比例「$\phi$」的值為
  2. 利用計算機,將「黃金比例 $\phi$」的值四捨五入至小數點以下第三位為
等式 $\dfrac{\phi}{1}=\dfrac{\phi+1}{\phi}$ 可整理為 $\phi=1+\dfrac{1}{\phi}$,移項變成 $\dfrac{1}{\phi}=\phi-1$。
  1. 由上可知長段 $\overline{PA}$ 佔全段 $\overline{AB}$ 的比例 $\dfrac{\overline{PA}}{\overline{AB}}$ 之值為
  2. 將「$\dfrac{1}{\phi}$」的值四捨五入至小數點以下第三位為
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實驗操作1

實驗目標:
由 活動1 我們認識了黃金比例 $$\phi=\dfrac{1+\sqrt{5}}{2}\approx1.618$$及其倒數 $$\dfrac{1}{\phi}=\dfrac{\sqrt{5}-1}{2}\approx0.618$$接下來我們來學習如何用尺規作圖,找出數線上兩點間的黃金分割點位置。

操作步驟:

  1. 點按右下角按鈕 可進行下一步,點按 可返回上一步。
  2. 思考理解每個尺規作圖步驟的意義,並完成觀察記錄。

observation
觀察記錄1
在數線的原點($0$)上取 $A$ 點,數值($2$)上取 $B$ 點,我們來找 $\overline{AB}$ 的黃金分割點 $P$。
  1. 在尺規作圖步驟 4 中,直角三角形 $ABC$ 的兩股長分別為 $\overline{AB}=2$ 及 $\overline{BC}=1$,試求斜邊 $\overline{AC}$ 的長度?
    答:
  2. 在尺規作圖步驟 5 中,線段 $\overline{AD}$ 的長度為何?
    答:
  3. 在尺規作圖步驟 6 中,線段 $\overline{AP}$ 的長度為何?
    答:
  4. 綜合以上尺規作圖,線段 $\overline{AP}$ 與 $\overline{AB}$ 的比值為何?
    答:
  5. 綜合以上,$P$ 點是否為線段 $\overline{AB}$ 的黃金分割點?
    答:
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實驗操作2

實驗目標:
《維特魯威人》(L'uomo vitruviano)是李奧納多·達文西在15世紀末所繪之畫作,目前被典藏在義大利威尼斯的學院美術館中。畫中的裸體男子處於兩個重疊的位置,他的胳膊和腿分開以他的足和手指各為端點,並外接圓形和方形。達文西為了繪出完美的人體,運用了多種特定比例,據說也包含了「黃金比例 $\phi$」,我們試著來找找看吧!

操作步驟:

  1. 勾選左下角 [維特魯威人] 勾選框,顯現畫作以及「黃金比例量尺」。
  2. 拖曳 [黃金比例量尺] 兩端的空心圓點,將圓點置於要量測之目標兩端,觀察紅色分割線是否在特定位置上。
  3. 左下角 [長短邊互換] 勾選框,可將黃金比例量尺的長短邊互換。
  4. 拖曳 [縮放] 滑桿可縮放畫面。

observation
觀察記錄2
  1. 據說《維特魯威人》的肚臍洽位在頭頂至腳底的黃金分割位置間。試利用「黃金比例量尺」進行驗證。
    驗證結果:
         
  2. 下列哪些也符合黃金比例:(複選)
    答:
      
      
      
      
  3. 試著用「黃金比例量尺」到處量量看,還有好幾處具有黃金分割(比例)的地方喔!你能找出在哪裡嗎?將你的發現紀錄下來。
operation
實驗操作1

實驗目標:
所謂的「黃金矩形」,是指當一個矩形的長與寬的比值恰為黃金比例 $\phi$ 時,即 $$\dfrac{長}{寬}=\phi=\dfrac{\sqrt{5}+1}{2}$$稱這樣的矩形為黃金矩形。

如圖有一線段 $\overline{AB}$,已知 $P$ 是線段 $\overline{AB}$ 的黃金分割點。

操作步驟:

  1. 點按 [紅色箭頭],作線段 $\overline{AD}=\overline{AP}$ 且 $\overline{AD}\perp\overline{AP}$。
  2. 再點按 [紅色箭頭],以 $\overline{AD}$ 與 $\overline{AB}$ 為長與寬,張出黃金矩形 $ABCD$。
  3. 再點按 [紅色箭頭],將矩形 $ABCD$ 剪去正方形 $APQD$ 後,剩餘矩形 $PBCQ$。
  4. 點按右下角按鈕 可返回上一步。

observation
觀察記錄1
將黃金矩形 $ABCD$ 剪去正方形 $APQD$ 後,剩餘矩形 $PBCQ$,試記錄下列問題:
  1. 依據繪圖區中的數據,計算矩形 $ABCD$ 的長寬比值 $\dfrac{\overline{AB}}{\overline{AD}}$ 約為 。(用計算機並四捨五入至小數點以下第三位)
  2. 依據繪圖區中的數據,計算矩形 $PBCQ$ 的長寬比值 $\dfrac{\overline{BC}}{\overline{CQ}}$ 約為 。(用計算機並四捨五入至小數點以下第三位)
  3. 你覺得矩形 $PBCQ$ 是否也為黃金矩形?試解釋原因。
    答:
operation
實驗操作2

實驗目標:
「黃金矩形」的長寬比約為 $1.618$,你能否僅憑肉眼判斷一矩形是否接近黃金矩形呢?我們來玩個遊戲挑戰看看吧!

操作步驟:

  1. 拖曳 [空心紅點] 調整藍色矩形的形狀,盡可能使其長寬比接近黃金比例 $\phi$。
  2. 確定後,按下 [進行評分] 按鈕進行評級。
  3. 點按 [再玩一次] 按鈕可以反覆進行挑戰。
  4. 勾選右下角 [格線輔助],可顯示格線協助估計。

observation
觀察記錄2
你能否得到「鑽石級」的最高評價呢?不斷挑戰自己的紀錄,或者和身邊的朋友一較高下,並記錄下你的最佳成績吧!
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