美妙的對稱
來源:轉(zhuǎn)載 2008-04-15 11:31:51
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鬧鐘、飛機、電扇、屋架等的功能、屬性完全不同,但是它們的形狀卻有一個共同特性——對稱。
在鬧鐘、屋架、飛機等的外形圖中,可以找到一條線,線兩邊的圖形是完全一樣的。也就是說,當這條線的一邊繞這條線旋轉(zhuǎn)180度后,能與另一邊完全重合。在數(shù)學上把具有這種性質(zhì)的圖形叫作軸對稱圖形,這條線叫作對稱軸。電扇的葉子不是軸對稱圖形,不管怎么畫線,都無法找到這條直線。但電扇的一個扇葉,如果繞這電扇中心旋轉(zhuǎn)180度后,會與另一個扇葉原來所在位置完全重合。這種圖形數(shù)學上稱為中心對稱圖形,這個中心點稱為對稱中心。顯然鬧鐘也是一個中心對稱圖形。所有軸對稱和中心對稱圖形,統(tǒng)稱為對稱圖形。
人們把鬧鐘、飛機、電扇制造成對稱形狀,不僅為了美觀,而且還有一定的科學道理:鬧鐘的對稱保證了走時的均勻性,飛機的對稱使飛機能在空中保持平衡。
對稱也是藝術(shù)家們創(chuàng)造藝術(shù)作品的重要準則。像中國古代的近體詩中的對仗,民間常用的對聯(lián)等,都有一種內(nèi)在的對稱關(guān)系。如果說建筑也是一種藝術(shù)的話,那么建筑藝術(shù)中對稱的應用就更廣泛。中國北京整個城市的布局也是以故宮、天安門、人民英雄紀念碑、前門為中軸線(對稱軸)兩邊對稱的。
對稱還是自然界的一種生物理象。不少植物、動物都有自己的對稱形式。比如人體就是以鼻尖、肚臍眼的連線為對稱軸的對稱形體,眼、耳、鼻、手、腳、乳房都是對稱生長的。眼睛的對稱使人觀看物體能夠更加準確;雙耳的對稱能使所聽到的聲音具有較強的立體感,確定聲源的位置,雙手、雙腳的對稱能保持人體的平衡。
對稱是數(shù)學研究的重要內(nèi)容,但數(shù)學中的對稱概念不僅限于圖形的對稱,也把數(shù)對(3,4)與(-3,4)稱為平面上關(guān)于y軸對稱;把數(shù)對(3,4)與(-3,-4)稱為平面上關(guān)于坐標原點對稱。另外還有對稱方程、對稱行列式、對稱矩陣等概念。
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