Научно-исследовательская работа на тему: «Симметрия в жизни человека. Совершенство линий – осевая симметрия в жизни Роль симметрии в жизни человека

Введение 2

Симметрия в природе 3

Симметрия у растений 3

Симметрия у животных 4

Симметрия у человека 5

Типы симметрии у животных 5

Типы симметрии 6

Зеркальная симметрия 7

Радиальная симметрия 8

Поворотная симметрия 10

Винтовая или спиральная симметрия 10

Заключение 12

Источники 13

«...быть прекрасным значит быть симметричным и соразмерным»

Платон

Введение

Если внимательно присмотреться ко всему, что нас окружает, то можно заметить, что мы живём в довольно-таки симметричном мире . Все живые организмы в той или иной степени отвечают законам симметрии: люди, животные, рыбы, птицы, насекомые – всё построено по её законам. Симметричны снежинки, кристаллы, листья, плоды, даже наша шарообразная планета обладает почти идеальной симметрией.

Симме́три́я (др.-гр. συμμετρία – симметрия) – сохранение свойств расположения элементов фигуры относительно центра или оси симметрии в неизменном состоянии при каких-либо преобразованиях.

Слово «симметрия» знакомо нам с детства. Глядя в зеркало, мы видим симметричные половинки лица, глядя на ладошки, мы тоже видим зеркально-симметричные объекты. Взяв в руку цветок ромашки, мы убеждаемся, что путём поворотов её вокруг стебелька, можно добиться совмещения разных частей цветка. Это уже другой тип симметрии: поворотный. Существует большое количество типов симметрии, но все они неизменно отвечают одному общему правилу: при некотором преобразовании симметричный объект неизменно совмещается сам с собой.

Природа не терпит точной симметрии . Всегда есть хотя бы незначительные отклонения. Так, наши руки, ноги, глаза и уши не полностью идентичны друг другу, пусть и очень похожи. И так для каждого объекта. Природа создавалась не по принципу однотипности, а по принципу согласованности, соразмерности. Именно соразмерность является древним значением слова «симметрия». Философы античности считали симметрию и порядок сущностью прекрасного. Архитекторы, художники и музыканты с древнейших времён знали и пользовались законами симметрии. И в то же время лёгкое нарушение этих законов может придать объектам неповторимый шарм и прямо-таки волшебное очарование. Так, именно лёгкой асимметрией некоторые искусствоведы объясняют красоту и магнетизм таинственной улыбки Джоконды Леонардо да Винчи.

Симметрия порождает гармонию, которая воспринимается нашим мозгом, как необходимый атрибут прекрасного. А значит, даже наше сознание живёт по законам симметричного мира.

Согласно же Вейлю, симметричным называется такой предмет, с которым можно проделать какую-то операцию, получив в итоге первоначальное состояние.

Симметрия в биологии - закономерное расположение подобных (одинаковых) частей тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси симметрии.

Симметрия в природе

Симметрией обладают объекты и явления живой природы. Она позволяет живым организмам лучше приспособиться к среде обитания и просто выжить.

В живой природе огромное большинство живых организмов обнаруживает различные виды симметрий (формы, подобия, относительного расположения). Причем организмы разного анатомического строения могут иметь один и тот же тип внешней симметрии.

Внешняя симметрия может выступить в качестве основания классификации организмов (сферическая, радиальная, осевая и т.д.) Микроорганизмы, живущие в условиях слабого воздействия гравитации, имеют ярко выраженную симметрию формы.

На явления симметрии в живой природе обратили внимание ещё в Древней Греции пифагорейцы в связи с развитием учения о гармонии (V век до н.э.). В XIX веке появились единичные работы, посвящённые симметрии в растительном и животном мире.

В XX веке усилиями российских учёных – В Беклемишева, В. Вернадского, В Алпатова, Г. Гаузе – было создано новое направление в учении о симметрии – биосимметрика, которое, исследуя симметрии биоструктур на молекулярном и надмолекулярном уровнях, позволяет заранее определить возможные варианты симметрии в биообъектах, строго описывать внешнюю форму и внутреннее строение любых организмов.

Симметрия у растений

Специфика строения растений и животных определяется особенностями среды обитания, к которой они приспосабливаются, особенностями их образа жизни.

Для растений характерна симметрия конуса, которая хорошо видна на примере любого дерева. У любого дерева есть основание и вершина, "верх" и "низ", выполняющие разные функции. Значимость различия верхней и нижней частей, а также направление силы тяжести определяют вертикальную ориентацию поворотной оси "древесного конуса" и плоскостей симметрии. Дерево поглощает из почвы влагу и питательные вещества за счёт корневой системы, то есть внизу, а остальные жизненно важные функции выполняются кроной, то есть наверху. Поэтому направления "вверх" и "вниз" для дерева, существенно различны. А направления в плоскости, перпендикулярной к вертикали, для дерева фактически неразличимы: по всем этим направлениям к дереву в равной мере поступают воздух, свет, и влага. В результате появляется вертикальная поворотная ось и вертикальная плоскость симметрии.

У цветковых растений в большинстве проявляется радиальная и билатеральная симметрия. Цветок считается симметричным, когда каждый околоцветник состоит из равного числа частей. Цветки, имея парные части, считаются цветками с двойной симметрией и т.д. Тройная симметрия обычна для однодольных растений, пятерная – для двудольных.

Для листьев характерна зеркальная симметрия. Эта же симметрия встречается и у цветов, однако у них зеркальная симметрия чаще выступает в сочетании с поворотной симметрией. Нередки случаи и переносной симметрии (веточки акации, рябины). Интересно, что в цветочном мире наиболее распространена поворотная симметрия 5-го порядка, которая принципиально невозможна в периодических структурах неживой природы. Этот факт академик Н. Белов объясняет тем, что ось 5-го порядка – своеобразный инструмент борьбы за существование, "страховка против окаменения, кристаллизации, первым шагом которой была бы их поимка решеткой". Действительно, живой организм не имеет кристаллического строения в том смысле, что даже отдельные его органы не обладают пространственной решеткой. Однако упорядоченные структуры в ней представлены очень широко.

Симметрия у животных

Сферическая симметрия имеет место у радиолярий и солнечников, тела которых сферической формы, а части распределены вокруг центра сферы и отходят от неё. У таких организмов нет ни передней, ни задней, ни боковых частей тела, любая плоскость, проведённая через центр, делит животное на одинаковые половинки.

При радиальной или лучистой симметрии тело имеет форму короткого или длинного цилиндра либо сосуда с центральной осью, от которого отходят в радиальном порядке части тела. Это кишечнополостные, иглокожие, морские звёзды.

При зеркальной симметрии осей симметрии три, но симметричных сторон только одна пара. Потому что две другие стороны – брюшная и спинная – друг на друга не похожи. Этот вид симметрии характерен для большинства животных, в том числе насекомых, рыб, земноводных, рептилий, птиц, млекопитающих.

Для насекомых, рыб, птиц, животных характерно несовместимое с поворотной симметрией различие между направлениями «вперед» и «назад». Придуманный в известной сказке о докторе Айболите фантастический Тянитолкай представляется совершенно невероятным существом, поскольку у него симметричны передняя и задняя половины. Направление движения является принципиально выделенным направлением, относительно которого нет симметрии у любого насекомого, любой рыбы или птицы, любого животного. В этом направлении животное устремляется за пищей, в этом же направлении оно спасается от преследователей.

Кроме направления движения, симметрию живых существ определяет еще одно направление – направление силы тяжести. Оба направления существенны; они задают плоскость симметрии живого существа.

Билатеральная (зеркальная) симметрия – характерная симметрия всех представителей животного мира. Эта симметрия хорошо видна у бабочки; симметрия левого и правого проявляется здесь с почти математической строгостью. Можно сказать, что каждое животное (а также насекомое, рыба, птица) состоит из двух энантиоморфов – правой и левой половин. Энантиоморфами являются также парные детали, одна из которых попадает в правую, а другая в левую половину тела животного. Так, энантиоморфами являются правое и левое ухо, правый и левый глаз, правый и левый рог и т.д.

Симметрия у человека

Человеческое тело обладает билатеральной симметрией (внешний облик и строение скелета). Эта симметрия всегда являлась и является основным источником нашего эстетического восхищения хорошо сложенным человеческим телом. Тело человека построено по принципу двусторонней симметрии.

Большинство из нас рассматривает мозг как единую структуру, в действительности он разделён на две половины. Эти две части – два полушария – плотно прилегают друг к другу. В полном соответствии с общей симметрией тела человека каждое полушарие представляет собой почти точное зеркальное отображение другого

Управление основными движениями тела человека и его сенсорными функциями равномерно распределено между двумя полушариями мозга. Левое полушарие контролирует правую сторону мозга, а правое - левую сторону.

Физическая симметрия тела и мозга не означает, что правая сторона и левая равноценны во всех отношениях. Достаточно обратить внимание на действия наших рук, чтобы увидеть начальные признаки функциональной симметрии. Лишь немногие люди одинаково владеют обеими руками; большинство же имеет ведущую руку.

Типы симметрии у животных

центральная

осевая (зеркальная)

радиальная

билатеральная

двулучевая

поступательная (метамерия)

поступательно-вращательная

Типы симметрии

Известны всего два основных типа симметрии – вращательная и поступательная. Кроме того, встречается модификация из совмещения этих двух основных типов симметрии – вращательно-поступательная симметрия.

Вращательная симметрия. Любой организм обладает вращательной симметрией. Для вращательной симметрии существенным характерным элементом являются антимеры. Важно знать, при повороте на какой-либо градус контуры тела совпадут с исходным положением. Минимальный градус совпадения контура имеет шар, вращающийся около центра симметрии. Максимальный градус поворота 360 0 , когда при повороте на эту величину контуры тела совпадут. Если тело вращается вокруг центра симметрии, то через центр симметрии можно провести множество осей и плоскостей симметрии. Если тело вращается вокруг одной гетерополярной оси, то через эту ось можно провести столько плоскостей, сколько антимер имеет данное тело. В зависимости от этого условия говорят о вращательной симметрии определённого порядка. Например, у шестилучевых кораллов будет вращательная симметрия шестого порядка. У гребневиков две плоскости симметрии, и они имеют симметрию второго порядка. Симметрию гребневиков также называют двулучевой. Наконец, если организм имеет только одну плоскость симметрии и соответственно две антимеры, то такую симметрию называют двусторонней или билатеральной. Лучеобразно отходят тонкие иглы. Это помогает простейшим «парить» в толще воды. Шарообразны и другие представители простейших – лучевики (радиолярии) и солнечники с лучевидными отростками-псевдоподиями.

Поступательная симметрия. Для поступательной симметрии характерным элементом являются метамеры (meta – один за другим; mer – часть). В этом случае части тела расположены не зеркально друг против друга, а последовательно друг за другом вдоль главной оси тела.

Метамерия – одна из форм поступательной симметрии. Она особенно ярко выражена у кольчатых червей, длинное тело которых состоит из большого числа почти одинаковых сегментов. Этот случай сегментации называют гомономной. У членистоногих животных число сегментов может быть относительно небольшим, но каждый сегмент несколько отличается от соседних или формой, или придатками (грудные сегменты с ногами или крыльями, брюшные сегменты). Такую сегментацию называют гетерономной.

Вращательно-поступательная симметрия . Этот тип симметрии имеет ограниченное распространение в животном мире. Эта симметрия характерна тем, что при повороте на определённый угол часть тела немного проступает вперед и её размеры каждый следующий логарифмически увеличивает на определённую величину. Таким образом, происходит совмещение актов вращения и поступательного движения. Примером могут служить спиральные камерные раковины фораминифер, а также спиральные камерные раковины некоторых головоногих моллюсков. С некоторым условием к этой группе можно отнести также и некамерные спиральные раковины брюхоногих моллюсков

М.: Мысль, 1974г. Хорошавина С.Г. концепции современного...

Темой данной работы является понятие симметрии. Есть мнение, что симметрия играет ведущую, хотя и не всегда осознанную роль в современной науке, искусстве, технике и окружающей нас жизни.

Что же такое симметрия? Почему симметрия буквально пронизывает весь окружающий нас мир?

Существует, в принципе, две группы симметрий. К первой группе относится симметрия положений, форм, структур. Это та симметрия, которую можно непосредственно видеть. Она может быть названа геометрической симметрией.

Вторая группа характеризует симметрию физических явлений и законов природы. Эта симметрия лежит в самой основе естественнонаучной картины мира: ее можно назвать физической симметрией.

Цель : Изучить проявления симметрии в различных областях жизни человека и общества.

Задачи:

1. Определить основные признаки понятия симметрии.

2. Определить присутствие симметрии в живой и не живой природе, в лингвистике, в искусстве.

3. Изучить достоинства симметричных предметов в образном восприятии человека.

Актуальность обусловлена тем, что симметрия окружает человека, находя свое проявление как в живой, так и не в живой природе, а также большинстве творений человека: в архитектуре, в искусстве и т.д. Объяснение законов симметрии важно для понимая красоты и гармонии. Результаты проекта будут интересны для учащихся средней школы.

В данной работе я исследую геометрическую симметрию и покажу, что геометрическая симметрия присутствует во всем, что нас окружает, с чем мы сталкиваемся постоянно в обыденной жизни.

2.Значение симметрии в нашей жизни.

Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. Многие народы с древних времён владели представлением о симметрии в широком смысле - как эквиваленте уравновешенности и гармонии.

Формы восприятия и выражения во многих областях науки и искусства, в конечном счёте, опираются на симметрию, используемую и проявляющуюся в специфических понятиях и средствах, присущих отдельным областям науки и видам искусства.

Симметрия (от греческого symmetria - "соразмерность") - понятие, означающее сохраняемость, повторяемость, "инвариантность" каких-либо особенностей структуры изучаемого объекта при проведении с ним определенных преобразований.

Действительно симметричные объекты окружают нас буквально со всех сторон, мы имеем дело с симметрией везде, где наблюдается какая-либо упорядоченность. Симметрия противостоит хаосу, беспорядку. Получается, что симметрия – это уравновешенность, упорядоченность, красота, совершенство.

Весь мир можно рассмотреть как проявление единства симметрии и асимметрии. Асимметричное в целом сооружение может являть собой гармоничную композицию из симметричных элементов.

Симметрия многообразна, вездесуща. Она создает красоту и гармонию.

На протяжении тысячелетий в ходе общественной практики и познания законов объективной действительности человечество накопило многочисленные данные, свидетельствующие о наличии в окружающем мире двух тенденций: с одной стороны, к строгой упорядоченности, гармонии, с другой стороны – к их нарушению. Люди давно обратили внимание на правильность формы кристаллов, цветов, пчелиных сот и других естественных объектов и воспроизводили эту пропорциональность в произведениях искусства, в создаваемых ими предметах, через понятие симметрии.

«Симметрия, - пишет известный ученый Дж. Ньюмен,- устанавливает забавное и удивительное родство между предметами, явлениями и теориями, внешне, казалось бы, ничем не связанными: земным магнетизмом, женской вуалью, поляризованным светом, естественным отбором, теорией групп, рабочими привычками пчел в улье, строением пространства, рисунками ваз, квантовой физикой, лепестками цветов, делением клеток морских ежей, равновесными конфигурациями кристаллов, романскими соборами, снежинками, музыкой, теорией относительности…»

Рассмотрим примеры симметрии в различных областях нашей жизни.

Симметрия в природе.

3.1.Симметрия в неживой природе.

Снежинка – это кристалл замёршей воды.

Мир кристаллов - это особый мир симметрии, с которым связаны великие открытия и в области математики, и в области кристаллографии. В кристаллах возможны оси симметрии 1,2,3,4 и 6 порядков.

Снежинки являются самым ярким примером красоты форм осевой симметрии. Любая снежинка имеет поворотную ось симметрии и кроме того, каждая снежинка зеркально симметрична. (рис 1)

Рис.1 Симметрия снежинок: осевая симметрия.

Отражение в воде – единственный пример горизонтальной симметрии в природе . (рис.2)

Рис.2 Симметрия озера: горизонтальная симметрия.

3.2 . Симметрия у растений.

Характерная для растений симметрия конуса хорошо видна на примере любого дерева (рис.3).

Рис. 3 Симметрия конуса: ось и плоскость симметрии .

Специфика строения растений определяется особенностями среды обитания, к которой они приспосабливаются, особенностями их образа жизни. Дерево поглощает из почвы влагу и питательные вещества за счёт корневой системы, то есть внизу, а остальные жизненно важные функции выполняются кроной, то есть наверху. Поэтому направления "вверх" и "вниз" для дерева, существенно различны. А направления в плоскости, перпендикулярной к вертикали, для дерева фактически неразличимы: по всем этим направлениям к дереву в равной мере поступают воздух, свет, и влага. В результате появляется вертикальная поворотная ось и вертикальная плоскость симметрии

Рис.4 Цветок – радиальная симметрия (двойная, тройная, пятерная)

Возможно увидев брокколи романеско в магазине, вы подумали, что это ещё один образец генномодифицированного продукта. Но на самом деле это ещё один пример фрактальной симметрии природы. Каждое соцветие брокколи имеет рисунок той же логарифмической спирали, что и вся головка (рис.5).

Рис.5 Броколли – фрактальная симметрия

Подсолнухи (рис.6) могут похвастаться радиальной симметрией и интересным типом симметрии, известной как последовательность Фибоначчи. Последовательность Фибоначчи: 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 24, 55, 89, 144 и т.д. (каждое число определяется суммой двух предыдущих чисел). Если бы мы не спешили и подсчитали количество семян в подсолнухе, то мы бы обнаружили, что количество спиралей растет по принципам последовательности Фибоначчи. В природе есть очень много растений (в том числе и брокколи романеско), лепестки, семена и листья которых отвечают этой последовательности, поэтому так трудно найти клевер с четырьмя листочками

Рис.6 Подсолнух – радиальная симметрия

Вывод: У растений мы наблюдаем следующие виды симметрии:

Дерево – имеет ось и плоскость симметрии
Цветок – радиальная симметрия (совпадает сам с собой при вращении, имеет много плоскостей симметрии, проходящих через центр цветка)
Листья у цветов – билатеральная симметрия (имеют только одну плоскость симметрии)
Брокколи – фрактальная симметрия

3.3.Симметрия у животных

Большинство животных имеют двустороннюю симметрию, что означает, что они могут быть разделены на две одинаковых половинки. Некоторые доходят до полной симметрии в стремлении привлечь партнера, например павлин (рис.7).

Рис. 7 Павлин - зеркальная симметрия

Дарвин был положительно раздражен этой птицей, и написал в письме, что «Вид перьев в хвосте павлина, всякий раз, когда я смотрю на него, делает меня больным!» Дарвину, хвост казался обременительным и не имеющим эволюционного смысла, так как он не соответствовал его теории «выживания наиболее приспособленных». Он был в ярости, пока не придумал теорию полового отбора, которая утверждает, что животные развивают определенные функции, чтобы увеличить свои шансы на спаривание. Поэтому павлины имеют различные приспособления для привлечения партнерши.

Зеркальная симметрия хорошо видна у бабочки; симметрия левого и правого проявляется здесь с почти математической строгостью (рис.8).

Рис.8 Бабочка – зеркальная симметрия

Очень интересен вид симметрии раковины Наутилуса (рис.9).

Рис. 9 Раковина Наутилуса -спираль Фибоначчи

Раковина Наутилуса закручивается в «спираль Фибоначчи». Раковина пытается поддерживать одну и ту же пропорциональную форму, что позволяет ей сохранять её на протяжении всей жизни (в отличие от людей, которые меняют пропорции на протяжении жизни). Не все Наутилусы имеют раковину, выстроенную по правилам Фибоначчи, но все они отвечают логарифмической спирали.

Вывод: Мы видим, что билатеральная (зеркальная) симметрия – характерная симметрия всех представителей животного мира .

3.4.Симметрия у человека.

Человеческое тело также обладает билатеральной симметрией (внешний облик и строение скелета) (рис.10).

Рис.10 Билатеральная симметрия

Эта симметрия всегда являлась и является основным источником нашего эстетического восхищения хорошо сложенным человеческим телом. Наша собственная зеркальная симметрия очень удобна, она позволяет человеку двигаться прямолинейно и с одинаковой легкостью поворачиваться вправо и влево.

Вывод: Человеку, как и представителям животного мира присуща зеркальная симметрия.

4.Симметрия в русском языке.

Можно наблюдать симметрию и в русском языке.

Например:

Буквы А, М, Т, Ш, П имеют вертикальную ось симметрии

В, З, К, С, Э, В, Е – горизонтальную.

А буквы Ж, Н, О, Ф, Х имеют по две оси симметрии.

Симметрию можно увидеть и в словах: казак, шалаш.

Есть и целые фразы с таким свойством (если не учитывать пробелы между словами):

“Искать такси”, “Аргентина манит негра”, “Ценит негра аргентинец”,

“Леша на палке клапана шел”. А роза упала на лапу Азора.

Такие слова называются палиндромами.

Ими увлекались многие поэты.

ИСКАТЬ ТАКСИ

АРГЕНТИНА МАНИТ НЕГРА

ЛЕША НА ПАЛКЕ КЛАПАНА НАШЕЛ

А РОЗА УПАЛА НА ЛАПУ АЗОРА

Вывод: Таким образом, мы видим пример осевой симметрии в буквах, симметрии в целых фразах.

5.Симметрия в искусстве.

5.1.Симметрия в архитектуре.

Сколько живёт человек, столько он и строит.

В древние времена жилые дома обычно строили, симметрично располагая их вокруг определенной центральной точки. Независимо от того, была их форма округлой,

квадратной или прямоугольной, в них было довольно просто определить месторасположение такой точки. Очень часто домашний очаг помещался в такой точке. Он был фокальной точкой, вокруг которой проходила жизнь всей семьи.

Велика роль симметрии и пропорций в архитектуре. Древним храмам, башням средневековых замков, современным зданиям она придаёт гармоничность, законченность. Только неотступно следуя законам геометрии, архитекторы древности могли создавать свои шедевр ы.

Прекрасные образцы симметрии демонстрируют произведения архитектуры. Общие планы построек, фасады, орнаменты, карнизы, колонны обнаруживают соразмерность, гармонию.

Наиболее известные памятники это: Исаакиевский собор, Большой театр, Зимний дворец (Россия); Триумфальная арка, Собор Парижской богоматери (Франция); музей Гугун, храм Неба (Китай); Пантеон, Миланский собор (Италия) (рис.11).

Исаакиевский собор Большой театр

Зимний дворец Собор Парижской богоматери

Музей Гугун Миланский собор

Рис.11

Эти архитектурные сооружения демонстрируют зеркальную симметрию, но если рассматривать отдельные стены этих зданий, то увидим, что все они имеют ось симметрии.

Симметричные объекты и здания более устойчивы. Симметрия широко используется в конструкции зданий и в элементах декора. Это делает архитектурные сооружения красивее, гармоничнее, торжественнее и надежнее.

Вывод: Таким образом, мы выяснили, что зеркальная и осевая симметрия есть и в зданиях, которые нас окружают.

5.2.Симметрия в поэзии и музыке.

В поэзии мы имеем дело с единством симметрии и асимметрии. «Душа музыки – ритм – состоит в правильном периодическом повторении частей музыкального произведения, - писал в 1908 году известный русский физик Г.В. Вульф. – Правильное же повторение одинаковых частей в целом и составляет сущность симметрии. Мы с тем большим правом можем приложить к музыкальному произведению понятие симметрии, что это произведение записывается при помощи нот, т.е. получает пространственный геометрический образ, части которого мы можем обозревать». Он же писал: «Подобно музыкальным произведениям, могут быть симметричны и произведения словесные, в особенности стихотворения».

В стихотворениях подразумевается симметрия чередования рифм, ударных слогов, то есть опять-таки ритмичность. Композитор в своей симфонии может по нескольку раз возвращаться к одной и той же теме, постепенно разрабатывая ее.

Сохранение темы и ее изменение (разработка, развитие) – это и есть единство симметрии и асимметрии. И чем удачнее решает композитор или поэт проблему соотношения между симметрией и асимметрией, тем выше художественная ценность создаваемого произведения искусств

Вывод: Рифма стихов и ритм музыки – один из примеров симметрии.

5.3. Симметрия в живописи.

Рис.12 Перспектива.

Если мы будем соблюдать все правила, то картины будут получаться гармоничными, они будут иметь ощущение устойчивости, равновесия. Если мы нарушим некоторые правила, то изображение сразу же станет оригинальным, своеобразным и интересным.

Таким образом, красота живописи обусловлена, в первую очередь, законами математики.

Для анализа симметрии изображения можно обратиться к хранящейся в Эрмитаже картине гениального итальянского художника и ученого Леонардо да Винчи «Мадонна Литта» (рис.13).

Рис.13 Мадонна Литта

Можно обратить внимание: фигуры мадонны и ребенка вписываются в правильный треугольник, который вследствие своей симметричности особенно ясно воспринимается глазом зрителя. Благодаря этому мать и ребенок сразу же оказываются в центре внимания, как бы выдвигаются на передний план. Голова мадонны совершенно точно, но в то же время естественно помещается между двумя симметричными окнами на заднем плане

картины. В окнах просматриваются спокойные горизонтальные линии пологих холмов и облаков. Все это создает ощущение покоя и умиротворенности, усиливаемое за счет гармоничного сочетания голубого цвета с желтоватыми и красноватыми тонами.

Внутренняя симметрия картины хорошо ощущается.

Получается, что всякий раз, когда мы, восхищаемся тем или иным произведением искусства, говорим о гармонии, красоте, эмоциональности воздействия, мы тем самым касаемся одной и той же неисчерпаемой проблемы – проблемы соотношения между симметрией и асимметрией. Как правило, находясь в музее или в концертном зале, мы не задумываемся над этой проблемой. Ведь нельзя одновременно и ощущать, и анализировать ощущение.

Вывод: Итак, мы видим, что произведения живописи также подчинены законам симметрии.

6.Симметрия в математике.

Идея симметрии часто является отправным пунктом в гипотезах и теориях учёных прошлых веков, веривших в математическую гармонию мироздания и видевших в этой гармонии проявление божественного начала. В своих размышлениях над картиной мироздания человек с давних времен активно использовал идею симметрии.

Древние греки полагали, что Вселенная симметрична просто потому, что симметрия прекрасна. Исходя из соображений симметрии, они высказали ряд догадок.

Так, Пифагор (5 век до н.э.), считая сферу наиболее симметричной и совершенной формой, делал вывод о сферичности Земли и о ее движении по сфере. При этом он полагал, что Земля движется по сфере некоего «центрального огня». Вокруг того же «огня», согласно Пифагору, должны были обращаться известные в те времена шесть планет, а также Луна, Солнце, звезды.

Широко используя идею симметрии, ученые любили обращаться не только к сферической форме, но также к правильным выпуклым многогранникам. Еще во времена древних греков был установлен поразительный факт – существует всего пять правильных

выпуклых многогранников разной формы. Симметрии геометрических тел большое значение придавали греческие мыслители эпохи Пифагора. Они считали, что для того, чтобы тело было "совершенно симметричным", оно должно иметь равное число граней, встречающихся в углах, и эти грани должны быть правильными многоугольниками, то есть фигурами с равными сторонами и углами. Впервые исследованные пифагорейцами, эти пять правильных многогранников были впоследствии подробно описаны Платоном. Древнегреческий философ Платон придавал особое значение правильным многогранникам, считая их олицетворением четырёх природных стихий: огонь-тетраэдр (вершина всегда обращена вверх), земля-куб (наиболее устойчивое тело), воздух-октаэдр, вода-икосаэдр (наиболее "катучее" тело). Додекаэдр представлялся как образ всей Вселенной. Именно поэтому правильные многогранники называются также телами Платона.

Геометрическая симметрия - это наиболее известный тип симметрии для многих людей. Геометрический объект называется симметричным, если после того как он был преобразован геометрически, он сохраняет некоторые исходные свойства. Например, круг повёрнутый вокруг своего центра будет иметь ту же форму и размер, что и исходный круг. Поэтому круг называется симметричным относительно вращения (имеет осевую симметрию).

Простейшими видами пространственной симметрии являются центральная, осевая, зеркально- поворотная и симметрия переноса.

Центральная симметрия.

Две точки А и А1 называются симметричными относительно точки О, если О – середина отрезкаАА 1 . Точка О считается симметричной самой себе.

Осевая симметрия.

Преобразование фигуры F в фигуру F 1 , при котором каждая ее точка переходит в точку, симметричную относительно данной прямой, называется преобразованием симметрии относительно прямой а. Прямая а называется осью симметрии.

Зеркально-поворотная симметрия.

Если внутрь квадрата вписать с поворотом другой квадрат, то это и будет пример зеркально-поворотной симметрии.

Переносная симметрия.

Если при переносе плоской фигуры F вдоль заданной прямой АВ на расстояние а (или кратное этой величине) фигура совмещается сама с собой, то говорят о переносной симметрии. Прямая АВ называется осью переноса, расстояние а элементарным переносом или периодом.

7. Заключение

С симметрией мы встречаемся везде – в природе, технике, искусстве, науке. Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. Оно встречается уже у истоков человеческого развития. Издавна человек использовал симметрию в архитектуре. Древним храмам, башням средневековых замков, современным зданиям она придает гармоничность, законченность. Симметрия буквально пронизывает весь окружающий нас мир

Знание геометрических законов природы имеют огромное практическое значение. Мы должны не только научиться понимать эти законы, но и заставлять служить нам на пользу.

Принципы симметрии играют важную роль в физике и математике, химии и биологии, технике и архитектуре, живописи и скульптуре, поэзии и музыке. Законы природы, управляющие неисчерпаемой в своем многообразии картиной явлений, в свою очередь, подчиняются принципам симметрии.

Существует множество видов симметрии как в растительном, так и в животном мире, но при всем своем многообразии живых организмов, принцип симметрии действует всегда, и этот факт еще раз подчеркивает гармоничность нашего мира.

8.Список литературы, интернет-ресурсов.

Л. Тарасов. Этот удивительный симметричный мир. М., 1982 г.
Вульф Г.В. Симметрия и ее проявления в природе. М., Изд. Отд. Нар. ком. Просвещение, 1991
Главный редактор Мария Аксенова. Энциклопедия для детей том 2. М., «Аванта+» 2001.
http://bse.sci-lib.com/
http://vitim-school.edusite.ru
http://obraz.volganet.ru
http://elhow.ru
http://365facts.ru

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 55

СОВЕТСКОГО РАЙОНА ГОРОД ВОРОНЕЖ

Научно-исследовательская работа

на тему:

«Симметрия в жизни человека»

Выполнил ученик

8 «Б» класса:

Митин Алексей

Руководитель:

учитель математики

Беляева М.В.

Воронеж, 2015г.

Оглавление:

Актуальность темы.
Симметрия и её виды.
Симметрия в искусстве.
1. Архитектура;
2. Живопись;
3. Литература и музыка.
Симметрия и техника.
Симметрия в разных науках.
1. Биология;
2. Физика;
3. Химия.
Выводы.
Используемая литература.

Актуальность темы.

В основе красоты многих форм лежит симметрия или её виды. Эта тема очень обширна и затрагивает помимо математики многие другие области наук, искусства, техники. Именно симметрия преобладает в природе над асимметрией. Представить или вспомнить какое-нибудь асимметричное животное сможет не каждый, ведь их не много и в основном это различные бактерии или простейшие организмы, а так же животные, которые получили свойство асимметрии из-за необходимости. Познание природы и жизни – первая задача человека. И одной из главных ступеней к этой цели является познание симметрии.

Симметрия является той идеей, с помощью которой человек веками пытается объяснить и создать порядок, красоту и совершенство.

Герман Вейль

Цели исследования:

изучить понятия симметрии и её видов (центральная, осевая, поворотная, зеркальная и др.),
провести исследования по изучению явлений симметрии в биологии, физике, архитектуре, живописи, литературе, транспорте и технике;
приобретение навыков самостоятельной работы с большими объемами информации.

Симметрия и её виды.

Понятие симметрии начало складываться очень давно. Изучение археологических памятников показывает, что человечество на заре своей культуры уже имело представление о симметрии и осуществляло ее в рисунке и в предметах быта. Сейчас она широко используется во многих направлениях современной науки.

Симметрия – это соразмерность, пропорциональность в расположении частей чего-нибудь по обе стороны от центра.

На протяжении веков симметрия остается предметом, который очаровывает философов, астрономов, математиков, художников, архитекторов и физиков. Древние греки были совершенно одержимы ею – и даже сегодня мы, как правило, сталкиваемся с симметрией во всем от расположения мебели до стрижки волос.

Различают три основных вида симметрии: зеркальная, осевая и центральная. Так же есть скользящая, винтовая, точечная, поступательная, фрактальная и другие виды симметрии.

Осевая симметрия: две точки называются симметричными относительно прямой, если эта прямая проходит через середину отрезка, соединяющего эти точки и перпендикулярна к нему. Каждая точка этой прямой считается симметричной самой себе. Фигура называется симметричной относительно прямой, если для каждой точки фигуры симметричная ей точка относительно прямой также принадлежит этой фигуре. Также говорят, что фигура обладает осевой симметрией. Классическими фигурами с такой симметрией будут круг, прямоугольник, ромб, квадрат, причём они будут иметь по несколько осей симметрии. Под осевой симметрией так же в естественных науках принимают вращательную или радиальную симметрию - форма симметрии, при которой фигура совпадает сама с собой при вращении объекта вокруг определённой прямой. Центром симметрии объекта называют прямую, на которой пересекаются все оси двусторонней симметрии. Радиальной симметрией обладают такие геометрические объекты, как круг, шар, цилиндр или конус.

Центральная симметрия: две точки A и A 1 называются симметричными относительно точки O, если O – середина отрезка AA 1 . Фигура называется симметричной относительно точки O, если для каждой точки фигуры симметричная ей точка относительно точки O также принадлежит этой фигуре. Точка O называется центром симметрии фигуры. Это означает, что фигура обладает центральной симметрией.

Примерами фигур, обладающих этой симметрией, будут окружность и параллелограмм. Центр симметрии окружности является центр этой окружности, а центром параллелограмма – точка пересечения его диагоналей. Самый простой пример, который я могу привести - растения, почти в любых растениях можно найти часть, обладающую центральной или осевой симметрией, но при этом сам цветок будет обладать центральной симметрии только в случае чётного количества лепестков.

Зеркальной симметрией называют такое отображение пространства на себя, при котором любая точка M переходит в симметричную ей относительно этой плоскости α точку M 1. Когда мы смотрим в зеркало, мы наблюдаем в нём своё отражение – это пример «зеркальной» симметрии. Зеркальное отражение - это пример так называемого «ортогонального» преобразования, изменяющего ориентацию. Я думаю, отражение в реке также будет хорошим примером зеркальной симметрии. Эту симметрию так же называют в других науках билатеральной и двусторонней. Она особенно заметна в архитектуре, а так же в животном мире. Человек так же обладает ей и если мысленно провести линию по центру, то правая часть будет соответствовать левой.

Симметрия в искусстве.

Мы восхищаемся красотой окружающего мира и не задумываемся, что лежит в основе этой красоты. Наука и искусство – два основных начала в человеческой культуре, две дополняющие друг друга формы высшей творческой деятельности человека. Симметрия в искусстве играет огромную роль и почти не в одном архитектурном сооружении не обходится без неё.

Прекрасные образцы симметрии демонстрируют произведения архитектуры. В ней тесно связанны и строго уравновешены наука, техника, искусство. Люди всегда стремились достичь гармонии в архитектуре. Благодаря этому стремлению на свет появлялись всё новые изобретения, конструкции и стили. Человеческое творчество во всех своих проявлениях тяготеет к симметрии. На этот счёт хорошо высказался известный французский архитектор Ле Корбюзье, в своей книге «Архитектура XX века» он писал: «Человеку необходим порядок: без него все его действия теряют согласованность, логическую взаимность. Чем совершеннее порядок, тем спокойнее и увереннее чувствует себя человек. Архитектурные сооружения, созданные человеком, в большей своей части симметричны. Они приятны для глаза, их люди считают красивыми. Симметрия воспринимается человеком как проявление закономерности, а значит, внутреннего порядка. Внешне этот внутренний порядок воспринимается как красота. Зеркальной симметрии подчинены постройки Древнего Египта, амфитеатры, триумфальные арки римлян, дворцы и церкви Ренессанса, равно как и многочисленные сооружения современной архитектуры. Симметрия сооружения связывается с организацией его функций. Проекция плоскости симметрии - ось здания - определяет обычно размещение главного входа и начало основных потоков движения. Школа, в которой я учусь, так же обладает этим типом симметрии.

В искусстве существует математическая теория живописи. Это теория перспективы. Перспектива - это учение о том, как передать на плоском листе бумаги ощущение глубины пространства, то есть передать окружающим мир таким, как мы его видим. Она основано на соблюдении нескольких законов. Законы перспективы заключаются в том, что чем дальше от нас находится предмет, тем он нам кажется меньше, совсем нечетким, на нем меньше деталей, основание его выше. Симметричная композиция легко воспринимается зрителем, сразу привлекая внимание к центру картины, в котором и находится то главное, относительно которого разворачивается действие. Живописцы эпохи Возрождения часто строили свои композиции по законам симметрии. Такое построение позволяет достигнуть впечатления покоя, величественности, особой торжественности и значимости событий. Человек различает окружающие его предметы по форме. Интерес к форме какого-либо предмета может быть продиктован жизненной необходимостью, а может быть вызван красотой формы. Форма, в основе построения которой лежат сочетание симметрии и золотого сечения, способствует наилучшему зрительному восприятию и появлению ощущения красоты и гармонии. Целое всегда состоит из частей, части разной величины находятся в определенном отношении друг к другу и к целому.

В музыке и литературе так же наблюдается симметрия и определённые пропорции. Например, во второй половине XIX века анализируя произведения Баха, Э.К. Розенов пришёл к выводу, что в них «господствуют закон золотого сечения и закон симметрии». В его исследовании золотое сечение рассматривается как условие соразмерности музыкального произведения, при этом золотое сечение должно решать три задачи: 1) Устанавливать соразмерное отношение между целым и его частями; 2) быть особым местом удовлетворения подготовленного ожидания по отношению к целому и его частям; 3) направлять внимание слушателя на те места музыкального произведения, которым автор придаёт наиболее большее значение в связи с основной идеей произведения. В работе М.А. Марутаева золотое сечение, на ряду с так называемыми качественной и нарушенной симметрией, расценивается как предпосылка гармонии к музыке. Работы, посвящённые исследованию золотого сечения в музыке, играют важную роль в постижении специфики музыкального искусства. Самый распространённый вид симметрии в музыке - это трансляционный вид. В этом случае музыкальная фраза, мелодия или более крупные отрывки музыкального произведения повторяются, оставаясь неизменными. Все песни, в которых припев повторяется несколько раз, будут иметь этот вид симметрии.

Пропорция и симметрия объекта всегда необходима нашему зрительному восприятию, для того чтобы мы могли считать этот объект красивым. Баланс и пропорция частей, относительно целого, обязательны для симметрии. Смотреть на симметричные изображения приятней, нежели на асимметричные. Трудно найти человека, не любовавшегося орнаментами. В них можно обнаружить затейливое сочетание разных типов симметрии.

Симметрия в технике.

Технические объекты – самолёты, автомашины, ракеты, молотки, гайки – практически все они от самых малых технических приборов до громадных ракет обладают той или иной симметрией и это не случайно. 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. Любой станок, машина, прибор, механизм, узел должны компоноваться вокруг установленной симметрии. На заре развития авиации наши знаменитые учёные Н. Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин исследовали полёт птиц, чтобы сделать выводы относительно лучшей формы крыла и условий его полёта. Большую роль в этом сыграла, конечно, симметрия. Даже современные боевые истребители, такие как Су-27, МиГ-29 и Т-50 в основе своей спроектированы по законам симметрии.

Симметрия в разных науках.

Все представители животного царства – млекопитающие, птицы, рыбы, насекомые, черви, паукообразные и др. в своих внешних формах и строении своего скелета демонстрируют нам зеркальную симметрию, т. е. равенство правого и левого. Рассматривая любое из этих живых существ, мы можем мысленно провести через него вертикальную плоскость, относительно которой то, что расположено справа будет зеркальным отражением того, что расположено слева, и наоборот. Равенство это выполняется не с точностью до долей миллиметра, может быть, и не до миллиметра, но, тем не менее, с некоторой степенью приближения, зеркальная симметрия налицо. Зрительно мы воспринимаем живые организмы как симметричные. Под отражениями понимают любые зеркальные отражения - в точке, линии, плоскости. Воображаемая плоскость, которая делит фигуры на две зеркальные половины, называется плоскостью симметрии. Бабочка, лист растения – самые простые примеры фигур обладающих лишь одной плоскостью симметрии, делящей ее на две зеркально равные части. Поэтому данный вид симметрии в биологии называется двусторонней или билатеральной. Полагают, что такая симметрия связана с различиями движений организмов вверх - вниз, вперед - назад, тогда как их движения направо - налево совершенно одинаковы. Нарушение билатеральной симметрии неизбежно приводит к торможению движения одной из сторон и изменению поступательного движения. Поэтому не случайно активно подвижные животные двусторонне симметричны. Но такой вид симметрии встречается и у неподвижных организмов и их органов. Она возникает в этом случае вследствие неодинаковости условий, в которых находятся прикрепленная и свободная стороны. По-видимому, так объясняется билатеральность некоторых листьев, цветков и лучей коралловых полипов. Специфика строения растений и животных определяется особенностями среды обитания, к которой они приспосабливаются, особенностями их образа жизни. У любого дерева есть основание и вершина, "верх" и "низ", выполняющие разные функции. Значимость различия верхней и нижней частей, а также направление силы тяжести определяют вертикальную ориентацию поворотной оси "древесного конуса" и плоскостей симметрии. Для листьев характерна зеркальная симметрия. Эта же симметрия встречается и у цветов, однако у них зеркальная симметрия чаще выступает в сочетании с поворотной симметрией. Поворотная симметрия – это такая симметрия, при котором объект совмещается сам с собой при повороте на 360°/n. Нередки случаи и переносной симметрии (веточки акации, рябины). Интересно, что в цветочном мире наиболее распространена поворотная симметрия 5-го порядка, которая принципиально невозможна в периодических структурах неживой природы. Этот факт академик Н. Белов объясняет тем, что ось 5-го порядка - своеобразный инструмент борьбы за существование, "страховка против окаменения, кристаллизации, первым шагом которой была бы их поимка решеткой". Действительно, живой организм не имеет кристаллического строения в том смысле, что даже отдельные его органы не обладают пространственной решеткой. Однако упорядоченные структуры в ней представлены очень широко. Дальнейшие наши поиски были сосредоточены на центральной симметрии. Она наиболее характерна для цветов и плодов растений. Центральная симметрия характерна для различных плодов, но мы остановились на ягодах: голубика, черника, вишня, клюква. Рассмотрим разрез любой из этих ягод. В разрезе она представляет собой окружность, а окружность, как нам известно, имеет центр симметрии. Центральную симметрию можно наблюдать на изображении следующих цветов: цветок одуванчика, цветок мать-и-мачехи, цветок кувшинки, сердцевина ромашки, а в некоторых случаях центральной симметрией обладает и изображение всего цветка ромашки.

Симметрия – одно из фундаментальных понятий в современной физике, играющее важнейшую роль в формулировке современных физических теорий. Симметрии, учитываемые в физике, довольно разнообразны, некоторые из них в современной физике считаются точными, другие – лишь приближёнными. В 1918 году немецкий математик Нётер доказала теорему, согласно которой каждой непрерывной симметрии физической системы соответствует некоторый закон сохранения. Наличие этой теоремы позволяет проводить анализ физической системы на основе имеющихся данных о симметрии, которой эта система обладает. Из неё, например, следует, что симметричность уравнений движения тела с течением времени приводит к закону сохранения энергии; симметричность относительно сдвигов в пространстве - к закону сохранения импульса; симметричность относительно вращений - к закону сохранения момента импульса. Если законы, устанавливающие соотношения между величинами, характеризующими физическую систему, или определяющие изменение этих величин со временем, не меняются при определённых операциях, которым может быть подвергнута система, то говорят, что эти законы обладают симметрией относительно данных преобразований.

Симметрия в физике
Преобразования	Соответствующая инвариантность	Соответствующий закон сохранения
↕ Трансляция времени	Однородность времени	…энергии
⊠ С, Р, СР и Т - симметрии	Изотропность времени	…чётности
↔Трансляции пространства	Однородность пространства	…импульса
↺ Вращения пространства	Изотропность пространства	…момента импульса
⇆ Группа Лоренца	Относительность Лоренц-инвариантность	…4-импульса
~ Калибровочное преобразование	Калибровочная инвариантность	…заряда

Суперсимметрия - гипотетическая симметрия, связывающая бозоны и фермионы в природе. Абстрактное преобразование суперсимметрии связывает бозонное и фермионное квантовые поля, так что они могут превращаться друг в друга. Образно можно сказать, что преобразование суперсимметрии может переводить вещество во взаимодействие (или в излучение), и наоборот. По состоянию на 2015 год суперсимметрия является физической гипотезой, не подтверждённой экспериментально. Совершенно точно установлено, что наш мир не является суперсимметричным в смысле точной симметрии, так как в любой суперсимметричной модели фермионы и бозоны, связанные суперсимметричным преобразованием, должны обладать одинаковыми массой, зарядом и другими квантовыми числами. Данное требование не выполняется для известных в природе частиц. Независимо от существования суперсимметрии в природе, математический аппарат суперсимметричных теорий оказывается полезным в самых различных областях физики. В частности, суперсимметричная квантовая механика позволяет находить точные решения весьма нетривиальных уравнений Шрёдингера. Суперсимметрия оказывается полезной в некоторых задачах статистической физики.

Симметрия в химии проявляется в геометрической конфигурации молекул. Большинство простых молекул обладает элементами пространственной симметрии равновесной конфигурации: осями симметрии, плоскостями симметрии и т. д. Обычный способ изображения молекул в органической химии - это структурные формулы. В 1810 году Д.Дальтон, желая показать своим слушателям как атомы, комбинируясь, образуют химические соединения, построил деревянные модели шаров и стержней. Эти модели оказались превосходным наглядным пособием. Молекула воды и водорода имеет плоскость симметрии. Ничто не изменится, если поменять местами парные атомы в молекуле; такой обмен эквивалентен операции зеркального отражения.

В мир неживой природы очарование симметрии вносят кристаллы. Каждая снежинка - это маленький кристалл замерзшей воды. Форма снежинок может быть очень разнообразной, но все они обладают поворотной симметрией и, кроме того, зеркальной симметрией. Кристалл - это твердое тело, имеющее естественную форму многогранника. Соль, лед, песок и т.д. состоят из кристаллов. Прежде всего, Ромэ-Делиль подчёркивал правильную геометрическую форму кристаллов исходя из закона постоянства углов между их гранями. Он писал: «К разряду кристаллов стали относить все тела минерального царства, для которых находили фигуру геометрического многогранника…» Правильная форма кристаллов возникает по двум причинам. Во-первых, кристаллы состоят из элементарных частичек - молекул, которые сами имеют правильную форму. Во-вторых, «такие молекулы имеют замечательное свойство соединяться между собой в симметричном порядке». Почему же так красивы и привлекательны кристаллы? Их физические и химические свойства определяются их геометрическим строением.

Вывод.

Существует множество видов симметрии, как в растительном, так и в животном мире, но при всём многообразии живых организмов, принцип симметрии действует всегда, и этот факт ещё раз подчеркивает гармоничность нашего мира. Человеческое представление о красивом формируется под влиянием того, что человек видит в живой природе. В своих творениях, очень далёких друг от друга, она может использовать одни и те же принципы. И человек в живописи, скульптуре, архитектуре, музыке применяет эти же принципы. Основополагающими принципами красоты при этом являются пропорции и симметрия. Без симметрии наш мир выглядел бы совсем по-другому. Ведь это именно на симметрии основаны многие законы. Почти во всём, что нас окружает, есть та или иная симметрия. О ней можно говорить бесконечно. Симметрия, проявляясь в самых различных объектах природного мира, несомненно, отражает наиболее общие ее свойства. Поэтому изучение симметрии и сопоставление с результатами является удобным и надежным инструментом познания гармонии мира.

Математика выявляет порядок, симметрию и определённость, а это – важнейшие виды прекрасного.

Аристотель

Используемая литература.

ru.wikipedia.org
www.allbest.ru
www.900igr.net
Тарасов Л. В. Этот удивительный симметричный мир – М.: Просвещение, 1982.
Урманцев Ю.А. Симметрия в природе и природа симметрии – М.: Мысль, 1974.
Ожегов С.И. Словарь русского языка – М.: Рус. Яз., 1984.
Л.С. Атанасян Геометрия, 7-9 – М.: Просвещение, 2010.
Л.С. Атанасян Геометрия, 10-11 – М.: Просвещение, 2013.
Вейль Г. Симметрия. Перевод с английского Б.В. Бирюкова и Ю.А. Данилова – М.: Издательство «Наука», 1968.

Если б не было симметрии, как бы выглядел наш мир? Что считалось бы эталоном красоты и совершенства? Что значит для нас центральная симметрия и какую роль она играет? Между прочим, одну из самых значительных. Чтобы это понять, познакомимся с естественным законом природы ближе.

Центральная симметрия

Для начала определимся в понятии. Что мы подразумеваем под словосочетанием «центральная симметрия»? Это соразмерность, соотношение, пропорциональность, точная аналогичность сторон или частей чего-либо относительно условной или вполне определенной стержневой оси.

Центральная симметрия в природе

Симметрию можно найти всюду, если пристально присмотреться к окружающей нас действительности. Она присутствует в снежинках, листьях деревьев и трав, насекомых, цветах, животных. Центральная симметрия растений и живых организмов полностью определена влиянием внешней среды, которая до сих пор формирует обличье обитателей планеты Земля.

Флора

Вы любите собирать грибы? Тогда вы знаете, что гриб, разрезанный по вертикали, имеет ось симметрии, вдоль которой он формируется. То же явление вы можете наблюдать и у круглых центрально-симметричных ягод. А как красиво яблоко в разрезе! Причем абсолютно в каждом растении есть какая-либо часть, развившаяся по законам симметрии.

Фауна

Чтобы заметить симметрию насекомых, их, к счастью, анатомировать не надо. Бабочки, стрекозы - словно ожившие и порхающие цветы. Грациозные хищники и домашние кошечки… Можно бесконечно восхищаться творениями природы.

Водный мир

Сколь безгранично видовое разнообразие обитателей водной среды, столь часто там встречается центральная симметрия. Наверняка каждый сможет привести несколько простых примеров.

Центральная симметрия в жизни

На протяжении своей многовековой истории от древних храмов, средневековых замков и до современности человек познавал красоту, гармонию и учился созиданию, наблюдая за природой. Урбанистический мир, в котором живет большинство населения земли, полон симметрии. Это дома, техника, предметы быта, науки и искусства. Аналогия - залог успеха любого инженерного сооружения.

Симметрия в искусстве

Центральная симметрия - понятие не только математическое. Она присутствует во всех сферах жизни человека. Гармония ритмичной композиции никогда не оставляла человека равнодушным. Отражение этих принципов можно обнаружить в декоративно-прикладном искусстве: вышивке аутентичных мастериц совершенно разных народов, узорной резьбе по дереву, самотканых коврах. Равномерное построение повторов есть даже в устном песенном творчестве и искусстве стихосложения! И, конечно, украшения умельцы делали по тем же законам центральной симметрии. Именно тогда убранство принимает индивидуальность, неповторимую красоту и становится настоящим произведением искусства. Так симметрия воспитывает человечество, открывая волшебный принцип порядка, гармонии и совершенства.

Слайд 2

Определение симметрии; Центральная симметрия; Осевая симметрия; Симметрия относительно плоскости; Симметрия вращения; Зеркальная симметрия; Симметрия подобия; Симметрия растений; Симметрия животных; Симметрия в архитектуре; Человек – существо симметричное? Симметрия слов и чисел;

Слайд 3

Определение симметрии

СИММЕ́ТРИЯ - соразмерность, одинаковость в расположении частей чего-нибудь по противоположным сторонам от точки, прямой или плоскости. (Толковый словарь Ожегова) Итак, геометрический объект считается симметричными, если с ним можно сделать что-то такое, после чего он останется неизменным.

Слайд 4

Центральная симметрия

Фигура называется симметричной относительно точки О, если для каждой точки фигуры симметричная ей точка относительно точки О также принадлежит этой фигуре. Точка О называется центром симметрии фигуры.

Слайд 5

Примерами фигур, обладающих центральной симметрией, являются окружность и параллелограмм. Центром симметрии окружности является центр окружности, а центром симметрии параллелограмма – точка пересечения его диагоналей. Любая прямая также обладает центральной симметрией (любая точка прямой является её центром симметрии). График нечётной функции симметричен относительно начала координат. Примером фигуры, не имеющей центра симметрии, является произвольный треугольник.

Слайд 6

Осевая симметрия

Фигура называется симметричной относительно прямой а, если для каждой точки фигуры симметричная ей точка относительно прямой а также принадлежит этой фигуре. Прямая aназывается осью симметрии фигуры.

Слайд 7

У неразвернутого угла одна ось симметрии - прямая, на которой расположена биссектриса угла. Равнобедренный треугольник имеет также одну ось симметрии, а равносторонний треугольник- три оси симметрии. Прямоугольник и ромб, не являющиеся квадратами, имеют по две оси симметрии, а квадрат- четыре оси симметрии. У окружности их бесконечно много. График чётной функции при построении симметричен относительно оси ординат. Имеются фигуры, у которых нет ни одной оси симметрии. К таким фигурам относятся параллелограмм, отличный от прямоугольника, разносторонний треугольник.

Слайд 8

Симметрия относительно плоскости

Точки А и А1называются симметричными относительно плоскости а (плоскость симметрии), если плоскость апроходит через середину отрезкаАА1 и перпендикулярна к этому отрезку. Каждая точка плоскости асчитается симметричной самой себе. Две фигуры называются симметричными относительно плоскости (или зеркально-симметричными относительно), если они состоят из попарно симметричных точек. Это значит, что для каждой точки одной фигуры симметричная ей (относительно) точка лежит в другой фигуре.

Слайд 9

Симметрия вращения

Тело (или фигура) обладает симметрией вращения, если при повороте на угол 360º/n, где n целое число, около некоторой прямой АВ (ось симметрии) оно полностью совмещается со своим исходным положением. Радиальная симметрия – форма симметрии, сохраняющаяся при вращении объекта вокруг определённой точки или прямой. Часто эта точка совпадает с центром тяжести объекта, то есть той точкой, в которой пересекается бесконечное количество осей симметрии. Подобными объектами могут быть круг, шар, цилиндр или конус.

Слайд 10

Зеркальная симметрия

Зеркальная симметрия связывает любой предмет и его отражение в плоском зеркале. Говорят, что одна фигура (или тело) зеркально симметрично другой, если вместе они образуют зеркально симметричную фигуру (или тело). Симметрично зеркальные фигуры при всём своём сходстве существенно отличаются друг от друга. Две зеркально симметричные плоские фигуры всегда можно наложить друг на друга. Однако для этого необходимо вывести одну из них (или обе) из их общей плоскости.

Слайд 11

Симметрия подобия

Симметрия подобия представляют собой своеобразные аналоги предыдущих симметрий с той лишь разницей, что они связаны с одновременным уменьшением или увеличением подобных частей фигуры и расстояний между ними. Простейшим примером такой симметрии являются матрешки. Иногда фигуры могут обладать разными типами симметрии. Например, поворотной и зеркальной симметрией обладают некоторые буквы: Ж, Н, М, О, А.

Слайд 12

Существует много других видов симметрий, имеющих абстрактный характер. Например: Перестановочная симметрия, которая состоит в том, что если тождественные частицы поменять местами, то никаких изменений не происходит; Калибровочные симметрии связаны с изменением масштаба. В неживой природе симметрия прежде всего возникает в таком явлении природы, как кристаллы, из которых состоят практически все твердые тела. Именно она и определяет их свойства. Самый очевидный пример красоты и совершенства кристаллов - это известная всем снежинка.

Слайд 13

С симметрией мы встречаемся везде: в природе, технике, искусстве, науке. Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. Принципы симметрии играют важную роль в физике и математике, химии и биологии, технике и архитектуре, живописи и скульптуре, поэзии и музыке. Законы природы также подчиняются принципам симметрии.

Слайд 14

Симметрия растений

Многие цветы обладают интересным свойством: их можно повернуть так, что каждый лепесток займёт положение соседнего, цветок же совместится с самим собой. Такой цветок обладает осью симметрии. Винтовая симметрия наблюдается в расположении листьев на стеблях большинства растений. Располагаясь винтом по стеблю, листья как бы раскидываются во все стороны и не заслоняют друг друга от света, крайне необходимого для жизни растений. Билатеральной симметрией обладают также органы растений, например, стебли многих кактусов. В ботанике часто встречаются радиально симметрично построенные цветы.

Слайд 15

Симметрия животных

Под симметрией у животных понимают соответствие в размерах, форме и очертаниях, а также относительное расположение частей тела, находящихся на противоположных сторонах разделяющей линии. Основными типами симметрии являются радиальная (лучевая) – ей обладают иглокожие, кишечнополостные, медузы и др.; или билатеральная (двусторонняя)- можно сказать, что каждое животное (будь то насекомое, рыба или птица) состоит из двух половин – правой и левой. Сферическая симметрия имеет место у радиолярий и солнечников. Любая плоскость, проведённая через центр, делит животное на одинаковые половинки.

Слайд 16

Симметрия в архитектуре

Симметрия сооружения связывается с организацией его функций. Проекция плоскости симметрии - ось здания - определяет обычно размещение главного входа и начало основных потоков движения. Каждая деталь в симметричной системе существует как двойник своей обязательной паре, расположенной по другую сторону оси, и благодаря этому она может рассматриваться лишь как часть целого. Наиболее распространена в архитектуре зеркальная симметрия. Ей подчинены постройки Древнего Египта и храмы античной Греции, амфитеатры, термы, базилики и триумфальные арки римлян, дворцы и церкви Ренессанса, равно как и многочисленные сооружения современной архитектуры.

Слайд 17

Для лучшего отражения симметрии на сооружениях ставятся акценты - особо значимые элементы (купола, шпили, шатры, парадные входы и лестницы, балконы и эркеры). Для оформления убранства архитектуры применяют орнамент – ритмично повторяющийся рисунок, основанный на симметричной композиции его элементов и выражаемый линией, цветом или рельефом. Исторически сложилось несколько типов орнаментов на основе двух источников – природных форм и геометрических фигур. Но архитектор – прежде всего художник. И потому даже самые «классические» стили чаще использовали дисимметрию – нюансное отклонение от чистой симметрии или асимметрию – нарочито несимметричное построение.

Слайд 18

Человек – существо симметричное?

Никто не усомнится, что внешне человек построен симметрично: левой руке всегда соответствует правая и обе руки совершенно одинаковы. Но сходство между нашими руками, ушами, глазами и другими частями тела такое же, как между предметом и его отражением в зеркале. Асимметрия лица статуи Венеры Милосской выражается смещением носа вправо от средней линии, в более высоком положении левой ушной раковины и левой глазницы и меньшим расстоянием от срединной линии левой глазницы, чем правой. Сторонники симметрии полагали, что лицо Венеры было бы гораздо красивее, если бы оно было симметричным.

Слайд 19

Многочисленные измерения параметров лица у мужчин и женщин показали, что правая его половина по сравнению с левой, имеет более выраженные поперечные размеры, что придает лицу более грубые черты, присущие мужскому полу. Левая половина лица имеет более выраженные продольные размеры, что придает ему плавность линий и женственность. Этот факт объясняет преимущественное желание лиц женского пола позировать перед художниками левой стороной лица, а лиц мужского пола - правой.

Слайд 20

Симметрия слов и чисел

Палиндром (от гр. Palindromos – бегущий обратно) – это некоторый объект, в котором задана симметрия составляющих от начала к концу и от конца к началу. Например, фраза или текст. Прямой текст палиндрома, читающийся в соответствии с нормальным направлением чтения в данной письменности (обычно слева направо), называется прямоходом, обратный – ракоходом или реверсом (справа налево). Некоторые числа также обладают симметрией. Тропа налево повела, на порт Леша на полке клопа нашел Аргентина манит негра 101 2002 6996

Посмотреть все слайды