Hans Walser, [20180502]
Goldene Treppe
Idee und Anregung: Hartmut Rehlich, Braunschweig
Die Goldene Treppe ist ein nicht konvexes Sechseck, das sich in zwei zum Startsechseck Šhnliche, aber nicht kongruente Teilsechsecke zerlegen lŠsst.
Der Goldene Schnitt spielt dabei eine wesentliche Rolle.
Die Abbildung 1a zeigt die von Hartmut Rehlich entdeckte Figur der Goldenen Treppe.
Abb. 1: Goldene Treppe
Die
VerhŠltnisse der SeitenlŠngen lassen sich durch Potenzen von angeben. Dabei ist
der Goldene Schnitt (Walser 2013):
(1)
Die
SeitenlŠngen bilden eine geometrische Folge mit dem Quotienten .
Dabei sind die in der Abbildung 1a horizontalen Seiten ganzzahlige Potenzen von
,
die vertikalen Seiten echt halbzahlige Potenzen von
.
Die
Abbildung 1b zeigt die Zerlegung in zwei kleinere Goldene Treppen. Das FlŠchenverhŠltnis
der beiden Teilfiguren ist .
Es ist daher in Anlehnung an die źbliche Terminologie beim Goldenen Schnitt
sinnvoll, die grš§ere Teilfigur als Major
und die kleinere als Minor zu
bezeichnen.
Das grš§ere Teilfigur (Major) ist gleichsinnig Šhnlich zur Ausgangsfigur der Abbildung 1a, das kleinere Teilfigur (Minor) ist ungleichsinnig Šhnlich.
Da die Teilfiguren wiederum Goldene Treppen sind, kšnnen sie ebenfalls je in zwei Goldene Treppen zerlegt werden.
Die Abbildung 2 zeigt schrittweise die Zerlegungen.
Abb. 2: Zerlegungen
Bei der Abbildung 2c kommen zwei gleich gro§e Teilfiguren vor (blau). Sie sind aber unterschiedlich entstanden. Das eine ist der Minor des Majors der ersten Zerlegung (Abb. 2b), das andere der Major des Minors der ersten Zerlegung.
In der Abbildung 2d haben wir zweimal drei gleich gro§e Teilfiguren (blau und gelb).
Die Tabelle 1 gibt einen †berblick źber die HŠufigkeiten gleich gro§er Teilfiguren. Wir erhalten die Binomialkoeffizienten.
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a) |
1 |
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b) |
1 |
1 |
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c) |
1 |
2 |
1 |
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d) |
1 |
3 |
3 |
1 |
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e) |
1 |
4 |
6 |
4 |
1 |
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f) |
1 |
5 |
10 |
10 |
5 |
1 |
Tab. 1: HŠufigkeiten
Walser (2017) sowie [2] gibt ein analoges Beispiel zur Visualisierung der Binomialkoeffizienten bei rechtwinkligen Dreiecken.
Abb. 3: Zerlegung des Minors
In der Abbildung 3 wird jeweils immer nur der Minor zerlegt. Wir erhalten einen Grenzpunkt, der die Oberkante im VerhŠltnis des Goldenen Schnittes teilt.
Abb. 4: Zerlegung des Majors
Es entsteht eine Spirale. Die Abbildung 5 zeigt die Spirale in einer anderen FŠrbung.
Abb. 5: Spirale
Die Goldene Treppe hat ausschlie§lich rechte Winkel.
Wenn wir bei gleichen SeitenverhŠltnissen mit schiefen Winkeln arbeiten, kšnnen wir nicht in zwei, sondern nur in vier Šhnliche Teilfiguren zerlegen (Abb. 6).
Abb. 6: Schiefe Situation
Zwei dieser Teilfiguren sind kongruent.
Literatur
Walser, Hans (2013): Der Goldene Schnitt. 6., bearbeitete und erweiterte Auflage. Mit einem Beitrag von Hans Wu§ing źber populŠrwissenschaftliche Mathematikliteratur aus Leipzig. Leipzig: EAGLE, Edition am Gutenbergplatz. ISBN 978-3-937219-85-1.
Walser, Hans (2017): Rechtwinklige Dreiecke ... . Ideenkiste. ml, mathematik lehren 204 | 2017, 51.
Websites
[1] Hans Walser: Zerlegung in Šhnliche Teilfiguren (2.5.2018):
www.walser-h-m.ch/hans/Miniaturen/Z/Zerlegung/Zerlegung.htm
[2] Hans Walser: Dreiecksunterteilung (2.5.2018):
www.walser-h-m.ch/hans/Miniaturen/D/Dreiecksunterteilung2/Dreiecksunterteilung2.htm