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„Goldener Schnitt“ – Versionsunterschied

aus AufEinWort, der freien Forschung
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Die Seite wurde neu angelegt: „rahmenlos|rechts|hochkant=1.15|Goldener Schnitt Der '''Goldene Schnitt''' (lat. sectio aurea „Goldener Schnitt“, lat. proportio divina „göttliche Proportion“), gelegentlich auch '''stetige Teilung''' einer Strecke, ist ihre Zerlegung in zwei Teilstrecken in der Weise, dass sich die längere Teilstrecke zur kürzeren Teilstrecke verhält wie die Gesamtstrecke zur längeren Teilstrecke. Das Ko…“
 
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Der '''Goldene Schnitt''' (lat. [[sectio aurea]] „Goldener Schnitt“, lat. [[proportio divina]] „[[göttliche Proportion]]“), gelegentlich auch '''stetige Teilung''' einer Strecke, ist ihre Zerlegung in zwei Teilstrecken in der Weise, dass sich die längere Teilstrecke zur kürzeren Teilstrecke verhält wie die Gesamtstrecke zur längeren Teilstrecke. Das Konzept ist bereits seit der Antike zur Zeit des [[Euklid]] bekannt. Der Goldene Schnitt findet häufige [[Goldener Schnitt in der Kunst|Anwendung in der Kunst]], taucht aber auch in der Natur auf.
Der '''Goldene Schnitt''' (lat. [[sectio aurea]] „Goldener Schnitt“, lat. [[proportio divina]] „[[göttliche Proportion]]“), gelegentlich auch '''stetige Teilung''' einer Strecke, ist ihre Zerlegung in zwei Teilstrecken in der Weise, dass sich die längere Teilstrecke zur kürzeren Teilstrecke verhält wie die Gesamtstrecke zur längeren Teilstrecke. Das Konzept ist bereits seit der Antike zur Zeit des [[Euklid]] bekannt. Der Goldene Schnitt findet häufige [[Goldener Schnitt in der Kunst|Anwendung in der Kunst]], taucht aber auch in der Natur auf.
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== Geschichte ==
== Geschichte ==
 
{{Schaufenster
=== Antike ===
| Seite = Goldener Schnitt/Geschichte
Die erste erhalten gebliebene genaue Beschreibung des Goldenen Schnittes findet sich im zweiten Buch der [[Euklids Elemente|''Elemente'']] des Euklid (um 300 v.&nbsp;Chr., siehe [[#Innere Teilung|Innere Teilung nach Euklid]]), der darauf über seine Untersuchungen an den [[Platonischer Körper|platonischen Körpern]] und dem Fünfeck beziehungsweise dem Pentagramm stieß. Seine Bezeichnung für dieses Teilungsverhältnis wurde später ins Lateinische als „{{lang|la|proportio habens medium et duo extrema}}“ übersetzt, was als „Teilung im inneren und äußeren Verhältnis“ bezeichnet wird.<ref name="AB1">[[Albrecht Beutelspacher]], Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;10, 15.</ref><ref>Rudolf Haller: [http://www.opera-platonis.de/euklid/index.html ''Elemente des Euklid.''] Edition Opera Platonis 2010, [http://www.opera-platonis.de/euklid/Buch2.pdf#page=8&zoom=auto,-293,9 Buch II, Satz 11] (PDF; 209&nbsp;kB).</ref>
| Marke = Geschichte
 
| modus = ignorieren
=== Mittelalter ===
| link = 1
[[Datei:Liber abbaci magliab f124r.jpg|mini|hochkant=1|''Liber abbaci,'' MS Biblioteca Nazionale di Firenze, Codice Magliabechiano cs&nbsp;cI 2616, fol.&nbsp;124r: Fibonacci-Zahlen am Rand der „Kaninchenaufgabe“]]
| linkpos = prefix
 
| inline = 1
In seinem Rechenbuch ''Liber abbaci'' (nicht erhaltene Erstfassung 1202, erhaltene 2.&nbsp;Fassung nicht vor 1220), einem umfangreichen arithmetischen und algebraischen Lehrwerk über das Rechnen mit den indo-arabischen Ziffern, kommt der italienische Mathematiker [[Leonardo Fibonacci|Leonardo da Pisa]], genannt „Fibonacci“, kurz auf die später nach ihm benannte [[Fibonacci-Folge]] zu sprechen.<ref>Leonardo da Pisa: ''Liber abbaci.'' (Cap.&nbsp;I, 7, dort unter anderen Aufgaben: {{lang|la|''Quot paria coniculorum in uno anno ex uno pario germinentur''}}), hrsg. von Baldassare Boncompagni, ''Scritti di Leonardo Pisano matematico del secolo decimoterzo.'' Band&nbsp;I, Tipografia delle scienze matematiche e fisiche, Rom 1857, S.&nbsp;283&nbsp;f., Wiedergabe der Handschrift Florenz, Cod. magliabechiano cs&nbsp;cI, 2626, fol.&nbsp;123v–124r, bei Heinz Lüneburg: ''Leonardi Pisani Liber Abbaci oder Lesevergnügen eines Mathematikers.'' 2.,&nbsp;überarb. und erw. Ausgabe. BI Wissenschaftsverlag, Mannheim u.&nbsp;a. 1993, ISBN 3-411-15462-4, nach S.&nbsp;252; Wiedergabe des lateinischen Textes der Kaninchenaufgabe u.&nbsp;a. bei Bernd Thaller: [https://mug.didaktik-graz.at/images/materialien/fibonacci/fibonacci.pdf#page=6&zoom=auto,-211,546 ''Leonardo und der Goldene Schnitt''] (PDF; 3&nbsp;MB). 30.&nbsp;Juni 2017.</ref> Fibonacci führt die Zahlenfolge vor (2, 3, 5, 8&nbsp;… bis 377) und weist darauf hin, dass sich jedes Glied der Reihe (ab dem dritten) durch Summierung der beiden vorhergehenden Reihenglieder errechnen lässt. Eine weitere Beschäftigung mit dieser Folge findet sich bei ihm nicht, das heißt, der Zusammenhang zum Goldenen Schnitt wird von ihm nicht dargestellt. Dass ihm allerdings der (erst später so genannte) Goldene Schnitt bekannt und in der Tradition Euklids ein Begriff war, zeigt sich gegen Ende seines Werks bei einer algebraischen Aufgabe, in der es (in moderner Formulierung wiedergegeben) darum geht,<ref>Formalisierte Wiedergabe nach Heinz Lüneburg: ''Leonardi Pisani Liber Abbaci oder Lesevergnügen eines Mathematikers.'' 2.,&nbsp;überarb. und erw. Ausgabe. BI Wissenschaftsverlag, Mannheim u.&nbsp;a. 1993, ISBN 3-411-15462-4, S.&nbsp;298.</ref> <math>a</math> und <math>b</math> zu finden mit <math>10 = a + b</math> und <math>\tfrac{a}{b} + \tfrac{b}{a} = \sqrt{5}</math>. Hierzu weist Fibonacci darauf hin, dass im Fall von <math>a > b</math> die Proportion <math>10 : a = a : b</math> gilt, 10 also von <math>a</math> und <math>b</math> im Verhältnis des Goldenen Schnittes geteilt wird („{{lang|la|et scis, secundum hanc diuisionem, 10 diuisa esse media et extrema proportione; quia est sicut 10 ad maiorem partem, ita maior pars ad minorem}}“).<ref>Leonardo da Pisa: ''Liber abbaci.'' Cap.&nbsp;15, ed. Boncompagni S.&nbsp;438, zu finden schon in der Wiedergabe von cap.&nbsp;15 bei Guillaume Libri: ''Histoire des sciences mathématiques in Italie.'' Band&nbsp;II, Paris: Jules Renouard et C.ie, 1838, S.&nbsp;430 ({{Google Buch |BuchID=W-DuAAAAMAAJ |Seite=430 |Linktext=Auszug}}).</ref> Aber auch hier stellt er den Zusammenhang zum Goldenen Schnitt nicht her.
}}
 
=== Renaissance ===
[[Datei:Da Vinci Vitruve Luc Viatour 2.svg|mini|hochkant=1|''[[Der vitruvianische Mensch]]'', [[Leonardo da Vinci]], 1492, Proportionsstudie nach Vitruv]]
Die Entdeckung, dass sich bei Teilung eines Gliedes der Fibonacci-Folge durch das vorhergehende Reihenglied als Näherungswert <math>\Phi</math> ergibt, wurde lange Zeit [[Johannes Kepler]] zugeschrieben, konnte jedoch Ende des 20. Jahrhunderts schon in einer handschriftlichen Anmerkung nachgewiesen werden, mit der ein mutmaßlich aus Italien stammender Leser in der ersten Hälfte des 16.&nbsp;Jahrhunderts Euklids Theorem II.11 in der Euklid-Ausgabe Paciolis von 1509 kommentierte:
 
{{Zitat
|Text=Sit linea ''ab'' 233 pedum, divisa ut docet 11 huius in duo inaequalia in puncto ''h'' et sit ''bh'' portio eius maior 144 et ''ha'' portio eius minor 89. ducatur ''ab'' in ''ha'' et perveniunt 20737 et ''bh'' in se et perveniunt 20736. et sic cognosces quod in mutationibus non est laborandum quid impossibile est numerum ita dividi ut ista 11 proponit. similiter accidit si linea 13&nbsp;pedum dividatur in lineam 8&nbsp;pedum, et lineam&nbsp;5.
|Sprache=la
|Übersetzung=Eine Gerade ''ab'' von 233 Fuß sei so, wie es Theorem 11 hier vorführt, an einem Punkt ''h'' in zwei ungleiche Teile geteilt, und dabei sei ''bh'' sein größerer Teil mit 144 und ''ha'' sein kleinerer Teil mit 89. ''ab'' sei multipliziert mit ''ha'', und es ergeben sich 20737, und ''bh'' multipliziert mit sich selbst, so ergeben sich 20736. Und daran magst du erkennen, dass man sich nicht mit Ersetzungen abzumühen braucht, um zu zeigen, dass es unmöglich ist, die Zahl so zu teilen, wie es hier Theorem 11 vorführt. Das gleiche ergibt sich, wenn eine Gerade von 13&nbsp;Fuß in eine Gerade von 8 und eine von 5&nbsp;Fuß geteilt wird.
|ref=<ref>{{Internetquelle |autor=Leonard Curchin, Roger Herz-Fischler |url=http://herz-fischler.ca/ARTICLES/de_quand.pdf#page=2&zoom=auto,-13,765 |titel=De quand date le premier rapprochement entre la suite de Fibonacci et la division en extrême et moyenne raison? |werk=Centaurus |hrsg=Roger Herz-Fischler |datum=1985 |format=PDF |abruf=2022-10-03}}</ref>}}
 
Der Herausgeber dieser Euklid-Ausgabe, der [[Franziskanische Orden|Franziskaner]] [[Luca Pacioli|Luca Pacioli di Borgo San Sepolcro]] (1445–1514), der an der [[Universität Perugia]] Mathematik lehrte, hatte sich intensiv mit dem Goldenen Schnitt befasst. Er nannte diese Streckenteilung „vermutlich als erster&nbsp;[…] {{lang|la|divina proportio}} (göttliches Verhältnis)“,<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;10.</ref> was sich auf Platons Identifizierung der Schöpfung mit den fünf [[Platonische Körper|platonischen Körpern]] bezog, zu deren Konstruktion der Goldene Schnitt ein wichtiges Hilfsmittel darstellt. Sein gleichnamiges Werk ''De divina proportione'' von 1509 besteht aus drei unabhängigen Büchern. Bei dem ersten handelt es sich um eine rein mathematische Abhandlung, die jedoch keinerlei Bezug zur Kunst und Architektur herstellt. Das zweite ist ein kurzer Traktat über die Schriften des Römers [[Vitruv]] aus dem 1.&nbsp;Jahrhundert v.&nbsp;Chr. zur Architektur, in denen Vitruv die Proportionen des menschlichen Körpers als Vorlage für Architektur darstellt. Dieses Buch enthält eine Studie von [[Leonardo da Vinci]] (1452–1519) über den [[Der vitruvianische Mensch|vitruvianischen Menschen]]. Das Verhältnis der Seitenlänge des den Menschen umgebenden Quadrats zum Radius des umgebenden Kreises&nbsp;– nicht das Verhältnis der Proportionen des Menschen selbst&nbsp;– in diesem berühmten Bild entspricht mit einer Abweichung von 1,7 % dem Goldenen Schnitt, der jedoch im zugehörigen Buch gar nicht erwähnt wird. Darüber hinaus wäre diese Abweichung bei einem konstruktiven Verfahren nicht zu erwarten.
 
[[Datei:Kepler triangle.svg|mini|hochkant=1|Ein [[Kepler-Dreieck]] ist ein rechtwinkliges Dreieck, das durch drei Quadrate gebildet werden kann, deren Flächeninhalte sich in geometrischer Progression <math>1:\varphi:\varphi^2</math>, wie der Goldene Schnitt verhalten.]]
 
Im Oktober 1597 stellte Johannes Kepler in einem Brief an seinen früheren Tübinger Professor [[Michael Mästlin]] die Frage, warum es nur eine einzige mögliche Lösung für die Aufgabe gebe, ein [[rechtwinkliges Dreieck]] zu konstruieren, bei dem das Verhältnis der kürzeren zur längeren Seite dem der längeren zur [[Hypotenuse]] entspricht ([[Kepler-Dreieck]]). Auf das Original dieses Briefes notierte Maestlin eine Berechnung, die die Hypotenuse einmal mit 10 und einmal mit 10.000.000, und für den letzteren Fall dann die längere Seite mit 7.861.514 und die kürzeste Seite mit 6.180.340 beziffert. Fünf Ziffern dieser Zahl stimmen mit den ersten fünf Nachkommastellen des Goldenen Schnittes (<math>\Phi</math>&nbsp;=&nbsp;1,61803&nbsp;398…) überein. Das ist, nach den älteren sexagesimalen Berechnungen der Antike, die erste bekannte dezimale Angabe dieser Art.<ref>Roger Herz-Fischler: ''A mathematical History of the Golden Ratio.'' Dover Publications, Minneola (New York) 1998, S.&nbsp;158 (Section 31.J.iii).</ref>
 
=== Seit dem 18. Jahrhundert ===
Populär wurde der Begriff ''Goldener Schnitt'' erst in der ersten Hälfte des 19.&nbsp;Jahrhunderts, obwohl die mathematischen Prinzipien schon seit der Antike bekannt waren. Der Begriff ''Goldene Zahl'' stammt aus dieser Zeit, noch 1819 wird dieser Begriff mit dem [[Meton-Zyklus]] in einem der [[Griechischer Kalender|griechischen Kalendersysteme]] in Verbindung gebracht.<ref>''Allgemeine deutsche Real-Enzyklopädie für die gebildeten Stände.'' In zehn Bänden. Vierter Band (G und H). Fünfte Original-Ausgabe. F.&nbsp;A. Brockhaus, Leipzig 1819, S.&nbsp;296.</ref> In der deutschen Literatur sind bereits Anfang des 18.&nbsp;Jahrhunderts vereinzelt Hinweise auf eine sinngemäße bzw. wortwörtliche Form des Begriffes „Goldener Schnitt“ zu finden. Erst ab dem zweiten Viertel des 19.&nbsp;Jahrhunderts war er weiter verbreitet.<ref name="Lieberknecht">{{Internetquelle |autor=Otfried Lieberknecht |url=http://herz-fischler.ca/ZEISING/otfried-lieberknecht_2018.08.19.pdf |titel=First occurrence of the term „Goldener Schnitt“&nbsp;/ „sectio aurea“ |titelerg=E-Mail-Korrespondenz |hrsg=Herz-Fischler |datum=2018-05-19 |seiten=1–4 |format=PDF |abruf=2022-10-01}}</ref> Die folgenden Beispiele aus der deutschen Literatur verweisen auf den Begriff in ähnlicher Art und Weise.
 
1717 wurde der Begriff ''Goldener Schnitt'' sinngemäß von M.&nbsp;Johann Wentzel Kaschube in seinem Werk ''Cursus mathematicus&nbsp;…''<ref><!-- beachte Beitrag auf Artikel-Diskussionsseite vom 11.04.2023: „M. Johann Wentzel Kaschuben, Cvrsvs mathematicvs“ -->{{Literatur |Autor=M. Johann Wentzel Kaschube |Titel=Cursus mathematicus, Oder Deutlicher Begrief Der Mathematischen Wissenschaften |Verlag=Johann Felix Bielcke |Ort=Jena |Datum=1717 |Online={{Google Buch |BuchID=pro2AAAAMAAJ |Linktext=Digitalisat [Google] |KeinText=ja}}}}</ref> verwendet. Er beschreibt darin eine geometrische Aufgabe (Näheres im Abschnitt ''[[#Konstruktionsverfahren|Konstruktionsverfahren]]''), deren Lösung dieses besondere Teilungsverhältnis verlangt. Am Schluss der Aufgabe&nbsp;§.35. ist zu lesen: „Die Alten hissen [<nowiki/>[[Scil|sc.]] hießen] diesen Schnitt den Goldenen.“<ref name="Kaschube">{{Literatur |Autor=M. Johann Wentzel Kaschube |Titel=Cursus mathematicus, Oder Deutlicher Begrief Der Mathematischen Wissenschaften |Verlag=Johann Felix Bielcke |Ort=Jena |Datum=1717 |Seiten=566 |Online={{Google Buch |BuchID=pro2AAAAMAAJ |Seite=566 |Linktext=Digitalisat [Google] |KeinText=ja}}}}</ref> Zu jener Zeit fand das Teilungsverhältnis des Goldenen Schnittes auch in der Akustik im Zusammenhang mit Verhältnissen der [[Saite]]nlänge Anwendung. Diese Form der Saitenteilung&nbsp;– so [[Ernst Florens Friedrich Chladni]] 1802 in ''Die Akustik'' unter ''Die geometrische Theilung''<ref name="Chladni">Ernst Florens Friedrich Chladni: ''Die Akustik.'' Breitkopf und Härtel, Leipzig 1802 ({{Google Buch |BuchID=aCheAAAAcAAJ |Seite=33}}), S.&nbsp;33, abgerufen am 1.&nbsp;Oktober 2022.</ref>&nbsp;– wollte auch [[Gottfried Wilhelm Leibniz]].<ref>{{Literatur |Autor=Gottfried Wilhelm Leibniz, Anmerkungen Christian Kortholt |Hrsg=Christian Kortholt |Titel=Viri illustris Godefridi Guil. Leibnitii epistolae ad diversos&nbsp;… |Band=1 |Verlag=Bern. Christoph Breitkopf |Ort=Leipzig |Datum=1734 |Seiten=241 f., Brief 154 |Sprache=la |Online={{Google Buch |BuchID=GvddAAAAcAAJ |SeitenID=PP7 |Linktext=Titelblatt |KeinText=ja}}, {{Google Buch |BuchID=GvddAAAAcAAJ |Seite=242 |Linktext=S.&nbsp;242 [Google] |KeinText=ja}}}}</ref> Zwar lassen sich damit nicht Tonhöhenabstände, sprich [[Intervall (Musik)|Intervalle]], finden, „desto brauchbarer ist sie aber, wie im folgenden Abschnitte wird gezeigt werden, zu gewissen nothwendigen Abänderungen derselben.“<ref name="Chladni" /> Chladni leitete die Tonverhältnisse also nicht aus den Saitenlängen ab, sondern aus den Verhältnissen der Schwingungszahlen.<ref name="Chladni" /> Bezüglich des Goldenen Schnitts merkt Chladni an: „Es ist diese Theilung eben dasselbe, was von einigen ältern Mathematikern, die besondere Eigenschaften darin finden wollten, sectio aurea, oder sectio divina [der Goldene Schnitt oder göttliche Schnitt] genennt worden ist.“<ref name="Chladni" />
 
Etwas mehr als fünfzig Jahre später wurden die Proportionen des menschlichen Körpers wissenschaftlich mit denen des Goldenen Schnittes verglichen. [[Adolf Zeising]] benennt 1854 in ''Neue Lehre von den Proportionen des menschlichen Körpers&nbsp;…'' das Ergebnis der „Maassbestimmungen&nbsp;[…] kurzweg, das Proportionalgesetz“. Er beschreibt es als einen geometrischen Weg zur proportionalen Teilung einer Linie <math>ab</math><ref name="Adolf Zeising">Adolf Zeising: [https://archive.org/details/neuelehrevondenp00zeis_0/page/159/mode/1up ''Neue Lehre von den Proportionen des menschlichen Körpers,&nbsp;<nowiki>[…]</nowiki>.''] Verlag Rudolph Weigel, Leipzig 1854, S.&nbsp;159 (abgerufen am 18.&nbsp;Oktober 2022).</ref> und stellt fest:
 
{{Zitat
|Text=Die Mathematiker nennen die hier erörterte Theilung einer gegebenen Linie die ‚Theilung im äussern und mittlern Verhältnisse‘ oder ‚den goldnen Schnitt‘. Der Grund der letztern Benennung ist mir nicht bekannt; doch rührt sie wahrscheinlich daher, weil man die ausserordentlichen Vorzüge des Verhältnisses, welches man durch diese Theilung gewinnt, und die Vollkommenheit der durch dieses Verhältniss gebildeten Proportion mit richtigem Blicke erkannt hat.
|Autor=Adolf Zeising
|Quelle=Neue Lehre von den Proportionen des menschlichen Körpers,&nbsp;[…]
|ref=<ref name="Zeising">Adolf Zeising: [https://archive.org/details/neuelehrevondenp00zeis_0/page/163/mode/1up ''Neue Lehre von den Proportionen des menschlichen Körpers,&nbsp;<nowiki>[…]</nowiki>.''] Verlag Rudolph Weigel, Leipzig 1854, S.&nbsp;163 (abgerufen am 3. Oktober 2022).</ref>}}
 
[[Gustav Theodor Fechner]], ein Begründer der [[Experimentelle Psychologie|experimentellen Psychologie]], stellte 1876 bei Untersuchungen mit Versuchspersonen anhand von Rechtecken in der Tat eine Präferenz für den Goldenen Schnitt fest.<ref>{{Literatur |Autor=Gustav Theodor Fechner |Titel=Vorschule der aesthetik |Verlag=Breitkopf & Härtel |Datum=1876 |Seiten=190}}</ref> Die Ergebnisse bei der Streckenteilung und bei Ellipsen fielen jedoch anders aus. Neuzeitliche Untersuchungen zeigen, dass das Ergebnis solcher Experimente stark vom Kontext der Darbietung abhängt. Fechner fand ferner bei Vermessungen von Bildern in verschiedenen Museen Europas, dass die Seitenverhältnisse im Hochformat im Mittel etwa 4:5 und im Querformat etwa 4:3 betragen und sich damit deutlich vom Goldenen Schnitt unterscheiden.<ref>[[Camillo Sitte]]: ''Über den praktischen Wert der Lehre vom Goldenen Schnitt.'' In: Camillo Sitte: ''Schriften zu Kunsttheorie und Kunstgeschichte.'' Böhlau 2010, ISBN 978-3-205-78458-6, S.&nbsp;435–446, besonders 438–439 ({{Google Buch|BuchID=z3UYVejPC8kC|Seite=438|Linktext=Auszug (Google)|KeinText=ja}}).</ref><ref>Underwood Dudley: ''Die Macht der Zahl: Was die Numerologie uns weismachen will.'' Gabler, 1999, ISBN 3-7643-5978-1, S.&nbsp;243–245 ({{Google Buch |BuchID=pd2DCv-m7egC |Seite=243 |Linktext=Auszug (Google) |KeinText=ja}}).</ref>
 
Bis ins späte 20.&nbsp;Jahrhundert erhielt der Goldene Schnitt auf viele Art und Weise seine Aufmerksamkeit ausschließlich in der Makrowelt. Dann aber entdeckten Wissenschaftler bei Forschungen in der atomaren Welt überraschenderweise Gebilde mit mathematischen Kennwerten, die dem Goldenen Schnitt gleichen. Die Forschungsergebnisse der beiden folgenden Beispiele fanden in den betreffenden Wissenschaftsbereichen hohe internationale Anerkennung.
 
Als Erster erkannte [[Dan Shechtman]] mit seinen Kollegen 1982 bei [[Kristallstrukturanalyse|Röntgenstrukturanalysen]] Beugungsbilder mit fünfzähliger Symmetrie in Quasikristallen<ref name="Shechtman">{{Internetquelle |url=http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/ |titel=The Nobel Prize in Chemistry 2011 |hrsg=Nobelprize.org (offizielle Homepage des Nobelpreises) |sprache=en |abruf=2023-03-22}} Siehe ''Interview.''</ref> der Festkörperphysik. Für diese Entdeckung bekam Shechtman 2011 den Nobelpreis für Chemie. Näheres ist im Abschnitt [[#Quasikristalle|Quasikristalle]] enthalten. Die erstmalige Entdeckung des Goldenen Schnitts in fester Materie gelang Forschern des [[Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie|Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie]] (HZB) im Kristall aus Kobalt-Niobat (veröffentlicht in der Zeitschrift Science, Januar 2010).<ref name="Wheeler" /> Näheres ist im Abschnitt [[#Kobalt-Niobat|Kobalt-Niobat]] enthalten.


== Grundlegende mathematische Eigenschaften ==
== Grundlegende mathematische Eigenschaften ==
{{Schaufenster
| Seite = Goldener Schnitt/Grundlegende mathematische Eigenschaften
| Marke = Grundlegende mathematische Eigenschaften
| modus = ignorieren
| link = 1
| linkpos = prefix
| inline = 1
}}


=== Irrationalität und Algebraizität ===
== Geometrische Aussagen ==<!-- Die Darstellung als Tabelle ist bei mobiler Wiedergabe zerstört!? -->
Der Goldene Schnitt ist eine [[irrationale Zahl]]; das heißt, er lässt sich nicht als Bruch zweier ganzer Zahlen darstellen.<ref>Bronstein, Semendjajew et al.: ''Taschenbuch der Mathematik.'' 6. Auflage. Verlag Harri Deutsch, S. 2.</ref> Weiter bedeutet es, dass die Dezimalentwicklung kein [[Dezimalbruch#Periode|periodisches Muster]] aufzeigt. Die ersten 50&nbsp;Nachkommastellen des Goldenen Schnittes sind gegeben durch
{{Schaufenster
: <math> \Phi = 1{,}61803 \; 39887 \; 49894 \; 84820 \; 45868 \; 34365 \; 63811 \; 77203 \; 09179 \; 80576 \; \ldots </math>.<ref>{{OEIS|A001622}}.</ref>
| Seite = Goldener Schnitt/Geometrische Aussagen
Seit dem Dezember 2023 sind 20&nbsp;Billionen {{nowrap|(20 × 10<sup>12</sup>)}} Nachkommastellen von <math>\Phi</math> berechnet und verifiziert worden.<ref>Alexander J. Yee: [https://www.numberworld.org/y-cruncher/records.html ''Records Set by y-cruncher.''] In: ''numberworld.org'', abgerufen am 3.&nbsp;Juli 2024 (englisch).</ref>
| Marke = Geometrische Aussagen
 
| modus = ignorieren
Der Grund, warum <math>\Phi = \tfrac{1+\sqrt{5}}{2}</math> irrational ist, verbirgt sich hinter der Irrationalität von <math>\sqrt{5}</math>.
| link = 1
 
| linkpos = prefix
Der Beweis, dass <math>\sqrt{5}</math> irrational sein muss, erfolgt analog zum [[Beweis der Irrationalität der Wurzel aus&nbsp;2 bei Euklid]]. Dazu ist es nützlich, das Gesetz der bis auf die Reihenfolge ''eindeutigen'' [[Primfaktorzerlegung|Zerlegbarkeit natürlicher Zahlen in Primzahlen]] zu kennen. Nimmt man an, es wäre <math>\tfrac{p}{q} = \sqrt{5}</math> mit einem vollständig gekürzten Bruch <math>\tfrac{p}{q}</math> mit positiven ganzen Zahlen <math>p,q</math>, so gilt bereits
| inline = 1
: <math> p^2 = 5q^2</math>.
}}
Es ist also <math>p^2</math> und ergo auch <math>p</math> durch <math>5</math> teilbar, da <math>5</math> eine Primzahl ist. Damit besitzt <math>p</math> also den Primteiler <math>5</math>, und dieser taucht bei <math>p^2</math> in ''gerader Anzahl'' auf, da sich beim Quadrieren alle Primfaktoren verdoppeln. Da <math>p</math> und <math>q</math> [[Teilerfremdheit|teilerfremd]] sind&nbsp;– es ist <math>\tfrac{p}{q}</math> nach Annahme vollständig gekürzt&nbsp;– taucht der Primfaktor <math>5</math> nirgends in <math>q</math> auf. Ergo taucht er nur ''einmal'' in <math>5q^2</math> auf. Dies ist ein Widerspruch zur eindeutigen Primfaktorzerlegung, die besagt, dass auf beiden Seiten gleich viele Fünfen auftauchen müssen, aber <math>1</math> ist keine gerade Zahl.<ref>Ivan Niven: ''Irrational numbers'', The Mathematical Association of America, Wiley and Sons, 1956, S.&nbsp;15–16.</ref> Zu guter Letzt muss dann auch <math>\tfrac{1}{2} + \tfrac{\sqrt{5}}{2}</math> irrational sein, da irrationale Zahlen im Produkt mit rationalen Zahlen (außer&nbsp;0) und in Summe mit rationalen Zahlen wieder irrational sind.
 
Die Goldene Zahl ist ferner eine [[algebraische Zahl]] vom Grad&nbsp;2, insbesondere kann sie mit Zirkel und Lineal konstruiert werden. Damit grenzt sie sich von anderen berühmten Konstanten, wie der [[Kreiszahl]] <math>\pi</math> oder der [[Eulersche Zahl|Eulerschen Zahl]] <math>\mathrm{e}</math>, ab, die [[Transzendente Zahl|transzendent]], und damit niemals Nullstelle eines nicht-konstanten [[Polynom]]s mit rationalen [[Koeffizient]]en sind.
 
=== Zusammenhang mit den Fibonacci- und Lucas-Zahlen ===
{| class="wikitable float-right" style="text-align:center"
|+ Verhältnisse aufeinanderfolgender<br />Fibonacci-Zahlen
|-
! <math>f_n</math>|| <math>f_{n+1}</math>|| <math>\frac{f_{n+1}}{f_n}</math>|| Abweichung<br />zu <math>\Phi</math> in %
|-
| {{0}}1 || {{0}}1 || = 1,0000 || −38{{0|,0000}}
|-
| {{0}}1 || {{0}}2 || = 2,0000 || +23{{0|,0000}}
|-
| {{0}}2 || {{0}}3 || = 1,5000 || −7,3{{0|00}}
|-
| {{0}}3 || {{0}}5 || ≈ 1,6667 || +3,0{{0|00}}
|-
| {{0}}5 || {{0}}8 || = 1,6000 || −1,1{{0|00}}
|-
| {{0}}8 || 13 || = 1,6250 || +0,43{{0}}
|-
| 13 || 21 || ≈ 1,6154 || −0,16{{0}}
|-
| 21 || 34 || ≈ 1,6190 || +0,063
|-
| 34 || 55 || ≈ 1,6176 || −0,024
|-
| 55 || 89 || ≈ 1,6182 || {{0}}+0,0091
|-
| 89 || 144 || ≈ 1,6180 || {{0}}−0,0035
|-
| 144 || 233 || ≈ 1,6181 || {{0}}+0,0013
|}
 
In einem engen Zusammenhang zum Goldenen Schnitt steht die unendliche [[Folge (Mathematik)|Zahlenfolge]] der [[Fibonacci-Folge|Fibonacci-Zahlen]] (siehe unten die Abschnitte [[#Mittelalter|Mittelalter]] und [[#Renaissance|Renaissance]]):
 
: <math>1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233 \ldots</math>.
 
Die jeweils nächste Zahl in dieser Folge wird als Summe der beiden vorangehenden erhalten. Das Verhältnis zweier aufeinanderfolgender Zahlen der Fibonacci-Folge strebt gegen den Goldenen Schnitt (siehe Tabelle). Das rekursive Bildungsgesetz <math>f_{n+1} = f_n + f_{n-1}</math> bedeutet nämlich
 
: <math>\frac{f_{n+1}}{f_n} = \frac{f_n+f_{n-1}}{f_n} = 1 + \frac{f_{n-1}}{f_n}</math>.
 
Sofern dieses Verhältnis gegen einen Grenzwert <math>x</math> konvergiert, muss für diesen gelten
 
: <math>x = 1 + \frac{1}{x}</math>.
 
In der Tat lässt sich daraus
: <math> \lim_{n \to \infty} \frac{f_{n+1}}{f_n} = \Phi</math>
folgern.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, [https://sites.oxy.edu/lengyel/originals/0521818052ws.pdf#page=15&zoom=auto,72,96 1.2 The Golden Mean, φ], 2003, S.&nbsp;6.</ref> Die Glieder der Fibonacci-Folge <math>f_n</math> lassen sich für alle <math>n \in \N</math> über die Formel von [[Jacques Philippe Marie Binet|Binet]] berechnen:<ref>{{Internetquelle |autor=Herbert Henning, Christian Hartfeldt |url=http://www.math.uni-magdeburg.de/reports/2003/pre_gold_schnitt.pdf#page=19&zoom=auto,-16,735 |titel=16 Die Fibonacci-Zahlen. Goldener Schnitt in der Mathematik |hrsg=Universität Magdeburg |datum=2003 |seiten=19 |format=PDF |abruf=2022-10-04}}</ref>
 
: <math>f_n = \frac{1}{\sqrt{5}} \left(\Phi^n - \left( - \tfrac{1}{\Phi}\right)^n\right)</math>.
 
Diese Formel liefert die für die Fibonacci-Folge veranschlagten Anfangswerte <math>f_0=0</math> und <math>f_1=1</math> und erfüllt die rekursive Gleichung <math>f_{n+1} = f_n + f_{n-1}</math> für alle <math>n</math> mit <math>n \ge 1</math>.<ref name="AB15">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;87–91</ref>
 
Ähnlich gilt
: <math> L_n = \Phi^n + \left(-\tfrac{1}{\Phi}\right)^n = \Phi^n + (1 - \Phi)^n</math>
für die <math>n</math>-te [[Lucas-Zahl]].<ref>Manfred Schroeder: ''Number Theory in Science and Communication.'' 5. Auflage. Springer, S.&nbsp;91.</ref> Allgemeiner ist ''jede'' [[Komplexe Zahl|komplexe]] Folge <math>(F_n)_{n \in \Z}</math> mit <math>F_{n} = F_{n-1} + F_{n-2}</math> von der Form <math>F_n = a\Phi^n + b(-\Phi^{-1})^n</math>, wobei <math>a,b</math> komplexe Zahlen sind, und umgekehrt.<ref>Manfred Schroeder: ''Number Theory in Science and Communication.'' 5. Auflage. Springer, S.&nbsp;84.</ref>
 
=== Kettenbruchentwicklung ===
Da der Goldene Schnitt irrational ist, stellt sich die Frage, wie gut er sich durch rationale Zahlen annähern lässt. Grundsätzlich konnte gezeigt werden, dass es für eine beliebige irrationale Zahl <math>x</math> stets unendlich viele rationale Zahlen <math>\tfrac{p}{q}</math> gibt, so dass
: <math> \left| x - \frac{p}{q}\right| < \frac{1}{\sqrt{5}q^2}</math>.
Dieses Resultat ist fundamental im Gebiet der [[Diophantische Approximation|diophantischen Approximation]].<ref>Ivan Niven: ''Irrational numbers'', The Mathematical Association of America, Wiley and Sons, 1956, S.&nbsp;68.</ref> Erhöht sich der [[Nenner]] <math>q</math>, sind grundsätzlich auch bessere Annäherungen möglich, wie das sogar quadratische Abklingen der rechten Seite zeigt. Bemerkenswert ist die Konstante <math>\sqrt{5}</math>, die optimal gewählt ist, also nicht weiter vergrößert werden kann. Grund dafür ist der Goldene Schnitt, der (zusammen mit zu ihm [[Kettenbruch#Äquivalente Zahlen|äquivalenten]] Zahlen) die Eigenschaft hat, dass für alle <math>C > \sqrt{5}</math> nur ''endlich viele'' rationale Annäherungen mit
: <math> \left| \Phi - \frac{p}{q}\right| < \frac{1}{Cq^2}</math>
existieren.<ref>Ivan Niven: ''Irrational numbers'', The Mathematical Association of America, Wiley and Sons, 1956, S.&nbsp;70.</ref> Für irrationale Zahlen, die nicht zu <math>\Phi</math> äquivalent sind, lässt sich die Konstante <math>C</math> größer als <math>\sqrt{5}</math> wählen (nämlich mit Wert&nbsp;<math>2\sqrt{2}</math> ([[Satz von Hurwitz (Zahlentheorie)|Satz von Hurwitz]])). Der Goldene Schnitt gehört also unter den irrationalen Zahlen zu den am schlechtesten durch rationale Zahlen approximierbaren. Da seine Kettenbruchentwicklung überdies nur Einsen enthält, ist er in diesem Sinn die „irrationalste aller Zahlen“.<ref>[[Ben Green]]: ''Irrational and Transcendental Numbers.'' In: [[Timothy Gowers]], [[June Barrow-Green]], Imre Leader: ''The Princeton Companion to Mathematics.'' Princeton University Press 2008, ISBN 978-0-691-11880-2, S.&nbsp;222 ({{Google Buch|BuchID=ZOfUsvemJDMC|Seite=222|Linktext=Auszug (Google)|KeinText=ja}}).</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Peter Berger |url=http://www.prof-dr-berger.de/pdf/BergerGoldener%20Schnitt.pdf#page=14&zoom=auto,-14,661 |titel=Der goldene Schnitt |seiten=14 |format=PDF |abruf=2022-08-28}}</ref><ref name="AB2">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;101.</ref>
 
Der mathematische Beweis der oberen Aussage fußt auf sogenannten [[Kettenbruch|Kettenbrüchen]]. Jede reelle Zahl lässt sich (im Wesentlichen eindeutig) durch einen Kettenbruch darstellen. Bricht man diesen nach endlich vielen Schritten ab, ergibt sich eine „besonders gute“ rationale Annäherung an diese Zahl. Für die Goldene Zahl gilt nun aber <math>\Phi = 1 + \tfrac{1}{\Phi}</math>, woraus sich durch wiederholte Anwendung ergibt:
 
: <math>\Phi = 1 + \frac{1}{\Phi} = 1 + \frac{1}{1 + \frac{1}{\Phi}} = \dotsb = 1 + \cfrac{1}{1 + \cfrac{1}{1 + \cfrac{1}{1 + \cfrac{\cdots}{\dotsb + \cfrac{1}{\Phi}}}}}</math>.
 
Bricht man die Kettenbruchentwicklung ab, erhält man stets einen Bruch aus zwei aufeinanderfolgenden [[Fibonacci-Folge|Fibonacci-Zahlen]].<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;101.</ref> Weil im Kettenbruch lediglich Einsen auftauchen&nbsp;– die kleinste natürliche Zahl&nbsp;–, nähert sich dieser Kettenbruch mit der „minimal möglichen Geschwindigkeit“ der Goldenen Zahl an. Im Vergleich ist der Kettenbruch zur Kreiszahl <math>\pi</math>&nbsp;– ebenfalls irrational&nbsp;– [[Kreiszahl#Kettenbruchentwicklungen|deutlich schneller konvergent]].
 
In der [[Kolmogorow-Arnold-Moser-Theorem|Theorie der dynamischen Systeme]] werden Zahlen, deren unendliche Kettenbruchdarstellung ab einer Stelle nur noch Einsen enthält, als „[[noble Zahl]]en“ bezeichnet. In diesem Kontext wird der Goldene Schnitt als „nobelste“ aller noblen Zahlen bezeichnet.<ref>Manfred Schroeder: ''Number Theory in Science and Communication.'' 5.&nbsp;Auflage. Springer, S.&nbsp;79.</ref>
 
== Geometrische Aussagen ==
 
=== Konstruktionsverfahren ===
Als Konstruktionsverfahren werden nach den Postulaten des Euklid nur diejenigen Verfahren akzeptiert, die sich auf die Verwendung von [[Konstruktion mit Zirkel und Lineal|Zirkel und Lineal]] (ohne Skala) beschränken. Für die Teilung einer Strecke im Verhältnis des Goldenen Schnittes gibt es eine Fülle derartiger Verfahren, von denen im Folgenden exemplarisch nur einige erwähnt werden. Unterschieden wird dabei eine ''innere'' und ''äußere'' Teilung. Bei der ''äußeren Teilung'' wird der in der Verlängerung der Ausgangsstrecke außen liegende Punkt gesucht, der die vorhandene Strecke zum (größeren) Teil des Goldenen Schnittes macht. Der Goldene Schnitt stellt dabei einen Spezialfall der [[Harmonische Teilung|harmonischen Teilung]] dar. Aufgeführt werden im Folgenden auch zwei moderne, von Künstlern gefundene Konstruktionen.
 
==== Innere Teilung ====
{| class="wikitable"<!-- Die Darstellung als Tabelle ist bei mobiler Wiedergabe zerstört!? -->
|-
| [[Datei:Goldener Schnitt Konstr beliebt.svg|300px|links|Klassische innere Teilung]]
| '''Klassisches Verfahren mit innerer Teilung nach [[Heron von Alexandria]], das wegen seiner Einfachheit beliebt ist:'''<ref name="BS198">Bronstein, Semendjajew et al.: ''Taschenbuch der Mathematik.'' 6.&nbsp;Auflage. Verlag Harri Deutsch, S.&nbsp;198.</ref>
# Errichte auf der Strecke {{Oberstrich|AB}} im Punkt&nbsp;B eine Senkrechte der halben Länge von {{Oberstrich|AB}} mit dem Endpunkt&nbsp;C.
# Der Kreis um C mit dem [[Radius]] {{Oberstrich|CB}} schneidet die Verbindung {{Oberstrich|AC}} im Punkt&nbsp;D.
# Der Kreis um A mit dem Radius {{Oberstrich|AD}} teilt im Punkt&nbsp;S die Strecke {{Oberstrich|AB}} im Verhältnis des Goldenen Schnittes.
 
Dies kann wie folgt eingesehen werden: Über den [[Satz des Pythagoras]] ergibt sich für die Länge der Hypotenuse der Wert
:|{{Oberstrich|AC}}|<math>=\sqrt{1^2 + \left(\tfrac12\right)^2}</math>|{{Oberstrich|AB}}|<math> = \tfrac{\sqrt{5}}{2}</math>|{{Oberstrich|AB}}|.
Subtrahiert man von dieser die Länge |{{Oberstrich|DC}}|<math>=\tfrac12</math>{{Oberstrich|AB}}, verbleibt gerade {{Oberstrich|AD}}<math>=\tfrac{\sqrt{5}-1}{2}</math>|{{Oberstrich|AB}}|<math>=\Phi^{-1}</math>|{{Oberstrich|AB}}|<math>=</math>|{{Oberstrich|AS}}|. Aus den algebraischen Vorüberlegungen ist nun bekannt, dass dies das Verhältnis der stetigen Teilung ist.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;21.</ref>
|-
| [[Datei:Goldener Schnitt (Euklid).svg|300px|Innere Teilung: Verfahren nach Euklid]]
| '''Innere Teilung nach [[Euklid]]:'''
[[Datei:01-Goldener Schnitt-Euklid.gif|300px|rechts|Goldener Schnitt, innere Teilung nach Euklid]]
[[Johann Friedrich Lorenz]] beschrieb im Jahr 1781 in seinem Buch ''Euklids Elemente'' folgende Aufgabe von Euklid:
 
{{" |Text=Eine gegebne gerade Linie, AB, so zu schneiden, daß das Rectangel aus der Ganzen und Einem der Abschnitte, dem Quadrat des anderen Abschnitts gleich sey.}}<ref>{{Literatur |Autor=[[Johann Friedrich Lorenz]] |Hrsg=Im Verlag der Buchhandlung des Waysenhauses |Titel=Euklids Elemente, fünfzehn Bücher |Ort=Halle |Datum=1781 |Seiten=31 ff. |Online=[https://www.e-rara.ch/zut/content/zoom/2675547?zoom=0&lat=978.42857&lon=1487.35714&layers=B Euklids Elemente, Zweytes Buch, ''Der 11. Satz. Eine gegebne gerade Linie, AB, so zu schneiden&nbsp;…''] |Abruf=2016-12-19}}</ref>
 
Das Ergebnis der nebenstehenden Animation zeigt, die Strecke {{Oberstrich|AB}} ist in einem Verhältnis geteilt, das als Goldener Schnitt mit innerer Teilung bezeichnet wird.
 
Als Darstellung dieses Verfahrens hat sich eine vereinfachte Konstruktion, siehe linkes Bild, bewährt:
# Errichte auf der Strecke {{Oberstrich|AB}} im Punkt A eine Senkrechte der halben Länge von {{Oberstrich|AB}} mit dem Endpunkt&nbsp;C.
# Der Kreis um C mit dem Radius {{Oberstrich|CB}} schneidet die Verlängerung von {{Oberstrich|AC}} im Punkt&nbsp;D.
# Der Kreis um A mit dem Radius {{Oberstrich|AD}} teilt im Punkt S die Strecke {{Oberstrich|AB}} im Verhältnis des Goldenen Schnittes.
|-
| [[Datei:Golden-section-simple.gif|300px|Konstruktion nach Hofstetter]]
| '''Konstruktion nach dem österreichischen Künstler [[Hofstetter Kurt|Kurt Hofstetter]], die dieser 2005 im ''[[Forum Geometricorum]]''<ref>[http://forumgeom.fau.edu/FG2005volume5/FG200518.pdf Forum Geometricorum Volume 5 (2005) 135–136.] (PDF; 26&nbsp;kB).</ref> publizierte:'''
# Halbiere die Strecke {{Oberstrich|AB}} in M durch [[Streckensymmetrale]] mit Radius {{Oberstrich|AB}} und konstruiere dabei ein gleichseitiges Dreieck ABC mit der Seitenlänge {{Oberstrich|AB}} und C unterhalb von&nbsp;AB.
# Konstruiere ein gleichschenkliges Dreieck MBD mit Schenkellänge {{Oberstrich|AB}} über der Grundlinie&nbsp;{{Oberstrich|MB}}.
# Die Strecke {{Oberstrich|CD}} teilt im Punkt&nbsp;S die Strecke {{Oberstrich|AB}} im Verhältnis des Goldenen Schnittes.
|}
 
==== Äußere Teilung ====
{| class="wikitable"
|-
| [[Datei:Goldener Schnitt (Äußere Teilung).svg|300px|Äußere Teilung]]
|'''Klassisches Verfahren mit äußerer Teilung nach Euklid:'''
[[Datei:01 Goldener Schnitt-Euklid-2.gif|300px|rechts|Äußere Teilung nach Eklid]]
„Die Seiten eines demselben Kreis einbeschriebenen gleichseitigen Sechsecks und eines gleichseitigen Zehnecks zusammen ergeben eine Strecke, die in stetiger Teilung geteilt ist, wobei die Seite des Sechsecks der größere Teil ist.“<ref>{{Internetquelle |autor=Euklid |url=http://www.opera-platonis.de/euklid/Buch13.pdf#page=7&zoom=80,-227,744 |titel=XIII.9 |titelerg=Euklid: Stoicheia. Buch XIII |hrsg=Opera Platonia |datum=2010 |seiten=9–10 |format=PDF |abruf=2022-10-24}}</ref>
Die nebenstehende Animation (am Ende mit 30&nbsp;s Pause) zeigt prinzipiell die hierfür erforderlichen Konstruktionsschritte. Die abschließend eingetragenen strichlierten Linien sowie die Punkte&nbsp;K und L sind nicht Teil der Lösung nach Euklid. Sie sollen lediglich den konstruktiven Weg zur folgenden Vereinfachung verdeutlichen.
 
Die Darstellung im linken Bild hat sich als vereinfachte Konstruktion bewährt:
# Errichte auf der Strecke {{Oberstrich|AS}} im Punkt&nbsp;S eine Senkrechte der Länge {{Oberstrich|AS}} mit dem Endpunkt&nbsp;C.
# Konstruiere die Mitte M der Strecke&nbsp;{{Oberstrich|AS}}.
# Der Kreis um M mit dem Radius {{Oberstrich|MC}} schneidet die Verlängerung von {{Oberstrich|AS}} im Punkt&nbsp;B. S teilt {{Oberstrich|AB}} im Verhältnis des Goldenen Schnittes.
 
Dieses Verfahren wird für die Konstruktion des [[Fünfeck#Konstruktion mit Zirkel und Lineal bei gegebener Seitenlänge|Fünfecks bei gegebener Seitenlänge]] verwendet.
|-
| [[Datei:GoldenRatio Constr Odom.svg|300px|Konstruktion nach Odom]]
| '''Konstruktion nach dem amerikanischen Künstler [[George Odom]], die dieser 1982 entdeckte:'''<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;22–23.</ref>
 
# Konstruiere ein gleichseitiges Dreieck.
# Konstruiere den [[Umkreis]], also den Kreis, der durch alle Ecken des Dreiecks verläuft.
# Halbiere zwei Seiten des Dreiecks in den Punkten A und&nbsp;S.
# Die Verlängerung von {{Oberstrich|AS}} schneidet den Kreis im Punkt&nbsp;B. S teilt {{Oberstrich|AB}} im Verhältnis des Goldenen Schnittes.
 
Die algebraische Herleitung ist im Unterabschnitt [[#Im Umkreis eines gleichseitigen Dreiecks|Im Umkreis eines gleichseitigen Dreiecks]] beschrieben.
|}
 
=== Im Fünfeck und im Pentagramm ===
[[Datei:01 Goldener Schnitt-Pentagramm.svg|mini|hochkant=1.1|Goldener Schnitt im [[Fünfeck]] und [[Pentagramm]]]]
 
Regelmäßiges [[Fünfeck]] und [[Pentagramm]] bilden jeweils eine Grundfigur, in der das Verhältnis des Goldenen Schnittes wiederholt auftritt. Die Seite eines regelmäßigen Fünfecks befindet sich im Goldenen Schnitt zu seinen Diagonalen. Die Diagonalen untereinander wiederum teilen sich ebenfalls im Goldenen Verhältnis, das heißt, <math>\mathrm{\overline{AD}}</math> verhält sich zu <math>\mathrm{\overline{BD}}</math> wie <math>\mathrm{\overline{BD}}</math> zu <math>\mathrm{\overline{CD}}</math>. Der Beweis dazu nutzt die [[Ähnlichkeit (Geometrie)|Ähnlichkeit]] geeignet gewählter Dreiecke.<ref>John Stillwell: ''Mathematics and Its History.'' Third Edition. Springer, S.&nbsp;28.</ref>
 
Das Pentagramm, eines der ältesten [[Magie|magischen]] Symbole der [[Kulturgeschichte]], steht in einer besonders engen Beziehung zum Goldenen Schnitt.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;44–45.</ref> Zu jeder Strecke und Teilstrecke im Pentagramm findet sich ein Partner, der mit ihr im Verhältnis des Goldenen Schnittes steht. In der Abbildung sind alle drei möglichen Streckenpaare jeweils blau (längere Strecke) und orange (kürzere Strecke) markiert. Sie lassen sich über das oben beschriebene Verfahren der stetigen Teilung nacheinander erzeugen. Im Prinzip ist es damit in das verkleinerte Pentagramm fortsetzbar, das in das innere Fünfeck gezeichnet werden könnte, und damit in alle weiteren. Stünden die beiden Strecken in einem Verhältnis ganzer Zahlen, müsste dieses Verfahren der fortgesetzten Subtraktion irgendwann Null ergeben und damit abbrechen. Die Betrachtung des Pentagramms zeigt aber anschaulich, dass das nicht der Fall ist. Eine Weiterentwicklung dieser Geometrie findet sich bei der [[Penrose-Parkettierung]].<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;80–84.</ref>
 
Für den Beweis, dass es sich um den Goldenen Schnitt handelt, beachte man, dass neben den vielen Strecken, die aus offensichtlichen Symmetriegründen gleich lang sind, auch <math>|\overline{\mathrm{CD}}|=|\overline{\mathrm{CC'}}|</math> gilt. Ursache ist, dass das Dreieck <math>\mathrm{DCC^\prime}</math> zwei gleiche Winkel besitzt, wie durch Parallelverschiebung der Strecke <math>\mathrm{\overline{CC^\prime}}</math> erkannt werden kann, und daher gleichschenklig ist. Nach dem [[Strahlensatz]] gilt:
 
: <math>\frac{|\overline{\mathrm{AB}}|}{|\overline{\mathrm{BB'}}|} = \frac{|\overline{\mathrm{AC}}|}{|\overline{\mathrm{CC'}}|}</math>
 
Wird <math>|\overline{\mathrm{AC}}| = |\overline{\mathrm{AB}}|+|\overline{\mathrm{BC}}|</math> ersetzt und die Gleichheit der auftretenden Teilstücke <math>|\overline{\mathrm{BB'}}| = |\overline{\mathrm{BC}}|</math> und <math>|\overline{\mathrm{CC'}}| = |\overline{\mathrm{AB}}|</math> beachtet, so wird genau die obige Definitionsgleichung für den Goldenen Schnitt erhalten.
 
=== Im gleichschenkligen Dreieck ===
[[Datei:Goldener Schnitt Inkreisdurchmesser Hoehe.svg|mini|hochkant|Goldener Schnitt im gleichschenkligen Dreieck]]
 
In einem gleichschenkligen Dreieck <math>\mathrm{ABC}</math>, dessen Grundseite <math>\mathrm{\overline{AB}}</math> längengleich zu der Höhe <math>\mathrm{\overline{DC}}</math> ist, teilt der innerhalb des Dreiecks liegende Schnittpunkt <math>\mathrm{F}</math> des [[Inkreis]]es mit der Höhe diese im Goldenen Schnitt.
 
[[Ohne Beschränkung der Allgemeinheit]] kann <math>|\overline{\mathrm{AB}}|=|\overline{\mathrm{CD}}|</math> angenommen werden. Die rechtwinkligen Dreiecke <math>\mathrm{MBE}</math> und <math>\mathrm{DBM}</math> sind [[Kongruenz (Geometrie)|kongruent]], da sie in zwei Seiten und dem (rechten) Gegenwinkel der größeren Seite übereinstimmen. Es gilt <math>|\overline{\mathrm{DB}}|=|\overline{\mathrm{BE}}|=1</math> und damit <math>|\overline{\mathrm{CE}}|=|\overline{\mathrm{CB}}|-|\overline{\mathrm{BE}}|=\sqrt{5}-1</math>. Nach dem Satz des Pythagoras gilt <math>|\overline{\mathrm{BC}}|^2=2^2+1^2=5 \Leftrightarrow |\overline{\mathrm{BC}}|=\sqrt{5}</math> in dem rechtwinkligen Dreieck <math>\mathrm{DBC}</math>. Ebenfalls nach dem Satz des Pythagoras gilt in dem rechtwinkligen Dreieck <math>\mathrm{CME}</math>: <math>|\overline{\mathrm{CE}}|^2=(2-r)^2-r^2 \Leftrightarrow (\sqrt{5}-1)^2=4-4r \Leftrightarrow r=\tfrac{\sqrt{5}-1}{2}=\Phi^{-1}</math>. Mit <math>d=2r</math> folgt hieraus <math>\Phi=2:d</math> = ''(Höhe von ABC) : (Durchmesser des Inkreises von ABC)'', [[Quod erat demonstrandum|was zu zeigen war]].<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt'', zweite, überarbeitete und erweiterte Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg/Berlin/Oxford 1996, ISBN 978-3-8154-2511-4, Seiten 73 und 74.</ref>
 
=== Im Umkreis eines gleichseitigen Dreiecks ===
[[Datei:Odom Planfigur.svg|mini|hochkant|Bestimmung des Goldenen Schnitts nach dem Verfahren von George Odom]]
 
In dem gleichseitigen Dreieck <math>\mathrm{ABC}</math> schneidet die durch <math>\mathrm{E}</math> und <math>\mathrm{F}</math> verlaufende Parallele zu <math>\overline{\mathrm{AB}}</math> den [[Umkreis]] in <math>\mathrm{D}</math> und <math>\mathrm{G}</math>. Ist <math>\overline{\mathrm{AE}}=\overline{\mathrm{EC}},</math> dann teilt <math>\mathrm{F}</math> die Strecke <math>\overline\mathrm{EG}</math> im Goldenen Schnitt.
 
Aus den Eigenschaften eines gleichseitigen Dreiecks und aus dem Strahlensatz folgen unmittelbar die Längengleichheiten
: <math>|\overline{\mathrm{AE}}|=|\overline{\mathrm{BF}}|=|\overline{\mathrm{CE}}|=|\overline{\mathrm{CF}}|=|\overline{\mathrm{EF}}|=a</math> und <math>|\overline{\mathrm{AB}}|=2a</math>.
Nach dem [[Sehnensatz]] gilt:
: <math>a^2=b(a+b)\Leftrightarrow \frac{a^2}{b}=a+b\Leftrightarrow\left(\frac{a}{b}\right)^2=\frac{a}{b}+1</math>
: <math>\Leftrightarrow\left(\frac{a}{b}\right)^2-\left(\frac{a}{b}\right)-1=0\Leftrightarrow\frac{a}{b}=\Phi</math>
Somit teilt <math>\mathrm{F}</math> die Strecke <math>\overline{\mathrm{EG}}</math> im Goldenen Schnitt.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt'', zweite überarbeitete und erweiterte Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg/Berlin/Oxford 1996, ISBN 978-3-8154-2511-4, Seiten 22 und 23.</ref>
 
=== Im Quader ===
[[Datei:01 Quader-Goldener Schnitt.svg|mini|hochkant=1.1|Goldener Schnitt im Quader <math>\frac{a}{b}=\Phi</math> und <math>\frac{c}{b}=\Phi^{-1}</math>]]
Für einen [[Quader]] mit den Kantenlängen <math>\mathrm{a}</math>, <math>\mathrm{b}</math> und <math>\mathrm{c}</math>, der [[Raumdiagonale]]nlänge <math>\mathrm{d}</math> und dem [[Volumen]] <math>\mathrm{V}</math> gelte <math>a>c</math>, <math>b=1</math>, <math>d=2</math> und <math>V=1</math>.
 
Dann gilt für den Goldenen Schnitt <math>\Phi</math> das Verhältnis
: <math>\Phi=\frac{a}{b} = \frac{a + b}{a} = \frac{1 + \sqrt{5}}{2}</math>.
Aus der Volumengleichung <math>a\cdot b\cdot c=1</math> folgt wegen <math>b=1</math>
: <math>a\cdot c=1</math>.&nbsp;''(1)''
Da die Raumdiagonale die Länge 2 hat, gilt
: <math>\sqrt{a^2+1^2+c^2}=2\Leftrightarrow a^2+c^2=3</math>.&nbsp;''(2)''
 
Aus ''(1)'' und ''(2)'' erhält man <math>a^2+a^{-2}=3</math>.
 
Die Lösungen mit positivem Wert sind <math>a=\Phi</math>&nbsp;oder&nbsp;<math>a=\Phi^{-1}</math> und damit analog <math>c=\Phi</math>&nbsp;oder&nbsp;<math>c=\Phi^{-1}</math>.
 
Wegen <math>a>c</math> kommen nur <math>a=\Phi</math> und <math>c=\Phi^{-1}</math> in Betracht.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt'', zweite überarbeitete und erweiterte Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg/Berlin/Oxford 1996, ISBN 978-3-8154-2511-4, Seiten 67 und 68.</ref> Damit ergibt sich
: <math>\frac{a}{b}=\Phi</math>&nbsp;und&nbsp;<math>\frac{c}{b}=\Phi^{-1}</math>.
 
=== {{Anker|Stuhl}} Im Ikosaeder ===
[[Datei:Icosahedron-golden-rectangles.svg|mini|hochkant=1.1|Die 3&nbsp;Goldenen Rechtecke (hellgrün, grün, lila) bilden mit ihren jeweils 4&nbsp;Ecken die 12&nbsp;Ecken (9&nbsp;hier sichtbar) eines [[Ikosaeder]]s]]
 
Die 12&nbsp;Ecken des [[Ikosaeder]]s bilden die Ecken von 3&nbsp;gleich großen, senkrecht aufeinanderstehenden [[Rechteck]]en mit gemeinsamem Mittelpunkt und mit den Seitenverhältnissen des Goldenen Schnittes. Die zwölf Ecken eines Ikosaeders sind also die zwölf Ecken dreier goldener Rechtecke, die paarweise aufeinander senkrecht stehen.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;51.</ref> Diese Anordnung der 3&nbsp;Rechtecke wird auch '''Goldener-Schnitt-Stuhl''' genannt. Weil der Ikosaeder zum [[Pentagondodekaeder]] [[Dualität (Mathematik)#Dualität in der Geometrie|dual]] ist, bilden die 12&nbsp;Mittelpunkte der Fünfecke ebenfalls die Ecken eines Goldener-Schnitt-Stuhls.
 
Ferner kann in ein gegebenes [[Oktaeder]] ein Ikosaeder so einbeschrieben werden, dass dessen Ecken die Kanten des Oktaeders im Goldenen Schnitt teilen.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;53.</ref>
 
=== Goldenes Rechteck und Goldenes Dreieck ===
Ein [[Rechteck]], dessen Seitenverhältnis dem Goldenen Schnitt entspricht, wird als [[Goldenes Rechteck]] benannt; ebenso heißt ein [[gleichschenkliges Dreieck]], bei dem zwei Seiten in diesem Verhältnis stehen, [[Goldenes Dreieck (Geometrie)|Goldenes Dreieck]].
 
* Zum Vergleich von Rechtecksproportionen siehe Abschnitt [[#Vergleich mit anderen prominenten Seitenverhältnissen|''Vergleich mit anderen prominenten Seitenverhältnissen.'']]
* Ein Goldenes Dreieck ist Inhalt der Methode ''äußere Teilung'' im Abschnitt [[#Äußere Teilung|''Konstruktionsverfahren, äußere Teilung'']]
 
=== Goldener Winkel ===
[[Datei:01-Goldener Winkel.svg|mini|hochkant=0.85|Der Goldene Winkel ist der kleinere [[Kreiswinkel]] <math>b</math>, dessen Verhältnis zum größeren Winkel<br />(<math>a : b</math>) dem Goldenen Schnitt entspricht.]]
[[Datei:01 Goldener Winkel, Blätteranordnung.svg|rahmenlos|hochkant=1.2|links|Blattstand einer Pflanze mit einem Blattabstand nach dem Goldenen Winkel]]
 
Der ''Goldene Winkel'' ergibt sich, wenn der [[Vollwinkel]] (360°) gemäß dem Goldenen Schnitt geteilt wird. Dies erzeugt u.&nbsp;a. den [[Winkel#Arten von Winkeln|überstumpfen]] Winkel <math>\tfrac{2 \pi}{\Phi} \approx 3{,}88 \approx 222{,}5^\circ</math>. Dessen [[Winkel#Supplementwinkel oder Ergänzungswinkel|Ergänzungswinkel]] mit <math>2\pi - \tfrac{2 \pi}{\Phi} \approx 2{,}40 \approx 137{,}5^\circ</math> wird als Goldener Winkel bezeichnet. Dies ist dadurch gerechtfertigt, dass es keine Rolle spielt, welcher der beiden Teilwinkel zuerst abgelesen wird und das [[Vorzeichen (Zahl)|Vorzeichen]] in der Angabe <math>\pm 2\pi</math> nur die [[Drehrichtung]] des Winkels angibt.<ref>Alfred Posamentier, Ingmar Lehmann: ''The Glorious Golden Ratio'', Prometheus Books, S.&nbsp;128.</ref>
 
Durch fortgesetzte Drehungen um den Goldenen Winkel entstehen immer neue Positionen, deren Besonderheit darstellt, dass sie sich theoretisch nie überschneiden. Dieser Effekt – wie im Bild skizziert bei den Blattansätzen einer Blüte&nbsp;– ist bedingt von der maximalen Irrationalität des Goldenen Schnitts (Näheres im Abschnitt [[#Biologie|Biologie]]).
 
Dabei zerlegen die ersten <math>n</math> Positionen den Kreis in <math>n</math> [[Kreissektor|Ausschnitte]]. Diese <math>n</math> Ausschnitte haben höchstens drei verschiedene Winkel. Im Fall einer [[Fibonacci-Folge|Fibonacci-Zahl]] <math>n=f_k</math> treten nur zwei Winkel <math>\tfrac{2\pi}{\Phi^{k-1}}, \tfrac{2\pi}{\Phi^{k}}</math> auf. Für <math>f_k<n<f_{k+1}</math> tritt der Winkel <math>\tfrac{2\pi}{\Phi^{k+1}}</math> hinzu.<ref>Stanisław Świerczkowski: ''On successive settings of an arc on the circumference of a circle.'' In: ''Fundamenta Mathematicae.'' 46.2, 1958, S.&nbsp;187–189.</ref>
 
Betrachtet man für wachsendes <math>n</math> fortfolgend die sich verfeinernden Zerlegungen des Kreises, so teilt die <math>(n+1)</math>-te Position stets einen der verbliebenen größten Ausschnitte, und zwar immer den im Verlauf der Teilungen zuerst entstandenen, das heißt den „ältesten“ Ausschnitt. Diese Teilung erfolgt im Goldenen Verhältnis, sodass, im Uhrzeigersinn gesehen, ein Winkel <math>\tfrac{2\pi}{\Phi^{l}}</math> mit geradem <math>l</math> vor einem Winkel <math>\tfrac{2\pi}{\Phi^{l\pm 1}}</math> mit ungeradem <math>l\pm 1</math> liegt.<ref>Tony van Ravenstein: ''Optimal Spacing of Points on a Circle.'' In: ''The Fibonacci Quaterly.'' 27, 1989, S.&nbsp;18–24, [https://www.mathstat.dal.ca/FQ/Scanned/27-1/vanravenstein.pdf mathstat.dal.ca] (PDF; 1,6&nbsp;MB).</ref>
 
Wenn wir den Ausschnitt mit dem Winkel <math>\tfrac{2\pi}{\Phi^{k}}</math> mit <math>w_k</math> bezeichnen, so erhalten wir nacheinander die Kreiszerlegungen<br />
<math>\ w_0</math>,
<math>\ w_2w_1</math>,
<math>\ w_2w_2w_3</math>,
<math>\ w_4w_3w_2w_3</math>,
<math>\ w_4w_3w_4w_3w_3</math>,
<math>\ w_4w_3w_4w_3w_4w_5</math>,
<math>\ w_4w_4w_5w_4w_3w_4w_5</math>,
<math>\ w_4w_4w_5w_4w_4w_5w_4w_5</math>,
<math>\ w_6w_5w_4w_5w_4w_4w_5w_4w_5</math>,
<math>\ w_6w_5w_4w_5w_6w_5w_4w_5w_4w_5</math>
usw.<!-- unverständlich und schlecht zu lesen -->
 
<div style="clear:left;"></div>
 
=== Goldene Spirale und Spira mirabilis ===
Beide Spiralen hängen mit dem Goldenen Schnitt zusammen. Sie sind nicht als [[Konstruktion mit Zirkel und Lineal]] darstellbar. Für eine Näherungskonstruktion bedarf es – wie im Folgenden erläutert – eines ''Goldenen Rechtecks'' bzw. eines ''Goldenen Dreiecks''.<ref name="AB12" />
 
==== Goldene Spirale ====
Die Goldene [[Spirale]], auch ''Bernoulli’sche Spirale'' genannt, ist ein Sonderfall der [[Logarithmische Spirale|logarithmischen Spirale]]: Ihr Streckungsfaktor (siehe [[Zentrische Streckung]]) ist <math>\Phi</math>,<ref name="AB12">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;57–61.</ref> die Zahl des Goldenen Schnitts. Sie lässt sich mittels [[Rekursion|rekursiver]] Teilung eines Goldenen Rechtecks in je ein [[Quadrat]] und ein weiteres, kleineres Goldenes Rechteck näherungsweise konstruieren. Ihr Radius ändert sich bei jeder 90°-Drehung um den Faktor <math>\Phi</math>.
 
Die Goldene Spirale lässt sich unter Verwendung von [[Polarkoordinaten]] durch
: <math>\textstyle r(\theta) = \Phi^\frac{2\theta}{\pi}</math>
parametrisieren.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;60.</ref> Die Idee von Polarkoordinaten ist hierbei, einen Punkt <math>\mathrm{P}</math> in der Ebene durch seinen Abstand <math>r</math> zum Ursprung und den mit der <math>x</math>-Achse eingeschlossen Winkel <math>\theta</math> festzulegen. Dessen Polarkoordinaten sind dann <math>(r,\theta)</math>, und durch Wahl des Radius in Abhängigkeit vom sich verändernden Winkel <math>\theta</math> lassen sich manche geometrische Figuren durch eine entsprechende Funktion <math>r(\theta)</math> einfacher beschreiben als in klassischen [[Kartesisches Koordinatensystem|kartesischen Koordinaten]]. Zu beachten ist, dass mehrfache Umdrehungen um den Ursprung, etwa in den Fällen <math>\theta_0 = 0</math> (Ausgangslage), <math>\theta_1 = 2\pi</math> (eine Volldrehung), <math>\theta_2 = 4\pi</math> (zwei Volldrehungen) usw. unterschiedliche Radii hervorrufen können, was auch an der nicht-periodischen Figur der Spirale zu erkennen ist.
 
Eine brauchbare Näherung für die Goldene Spirale findet sich bereits bei Kepler. Man erhält diese Approximation, wenn man in die Quadrate Viertelkreise mit dem Radius der Seitenlänge des Quadrats einzeichnet. Dies ist im mittleren Bild illustriert. Im linken Bild wird die Güte dieser Approximation veranschaulicht.
 
<gallery class="center" widths="200" heights="180" mode="packed">
FakeRealLogSpiral.svg|<span style="color:white;background:green;">Grün</span> Annäherung durch Vierteilkreise (rechtes Bild); <span style="color:red;">Rot</span> Goldene Spirale; <span style="background:yellow;color:black;">Gelb</span>: Überlappungen.
Fibonacci Spiral.svg|Annäherung der Goldenen Spirale, unter Benutzung von Viertelkreisen und der [[Fibonacci-Folge]] <math>1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, \ldots</math>
GoldenSpiralLogarithmic color in.gif|Goldene Spiralen sind [[Selbstähnlichkeit|selbstähnlich]]. Ihre Form wiederholt sich unendlich oft, wenn sie vergrößert wird.
</gallery>
 
Die Goldene Spirale ist unter den logarithmischen Spiralen durch die folgende Eigenschaft ausgezeichnet. Seien <math>P_1,P_2,P_3,P_4</math> vier auf der Spirale aufeinanderfolgende Schnittpunkte mit einer Geraden durch das Zentrum. Dann sind die beiden Punktepaare <math>P_1,P_4</math> und <math>P_2,P_3</math> [[Harmonische Teilung|harmonisch konjugiert]], das heißt, für ihr [[Doppelverhältnis]] gilt:<ref>[http://forumgeom.fau.edu/FG2016volume16/FG201655.pdf Forum Geometricorum Volume&nbsp;16 (2016) 429–430] (PDF).</ref>
 
: <math>(P_\theta,P_{\theta+3\pi};\ P_{\theta+\pi},P_{\theta+2\pi}) =
\frac{(-\Phi^6-\Phi^4)(-\Phi^2-1)}{(-\Phi^6+\Phi^2)(+\Phi^4-1)} =
\frac{-\Phi^2}{(-\Phi^2+1)^2} = -1</math>
 
==== Spira mirabilis ====
[[Datei:01 Spira mirabilis.svg|mini|hochkant=1.5|Spira mirabilis generiert aus einem Goldenen Dreieck, Kurve mithilfe [[GeoGebra]] erzeugt, siehe [[:Datei:01 Spira mirabilis-Animation.gif|Animation der Konstruktion]]]]
 
Die Spira mirabilis ist ebenfalls ein Sonderfall der logarithmischen Spirale: Ihr Streckungsfaktor ist <math>\Phi^{-1}</math>,<ref name="AB18" /> sprich der [[Kehrwert]] des Goldenen Schnitts. Sie benötigt für die Näherungskonstruktion die rekursive Teilung eines Goldenen Dreiecks in je ein gleichschenkliges stumpfwinkliges Dreieck und in ein weiteres, kleineres Goldenes Dreieck. Dies ist begründet durch eine sogenannte Drehstreckung <math>\sigma</math>. Sie enthält eine Drehung um <math>\tfrac{-3\pi}{5}</math> (entspricht <math>-108^\circ</math>). Daraus ergibt sich eine Streckung mit dem Faktor <math>\Phi^{-1}</math>.
 
Das nebenstehende Bild zeigt ein solches [[gleichschenkliges Dreieck]] <math>\mathrm{ABC}</math> mit den Basiswinkeln <math>72^\circ</math> und dem Scheitelwinkel <math>36^\circ</math> bei <math>\mathrm{A}</math>. Es gilt: <math>\mathrm\overline{|AC|}:\mathrm\overline{|BC|} = \Phi</math>.<ref name="AB18">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;62.</ref>
 
;Vorgehensweise
 
Es beginnt mit dem Halbieren des Winkels <math>72^\circ</math> am Scheitel <math>\mathrm{B}</math>. Dabei teilt der generierte Punkt <math>\mathrm{D}</math> die Schenkellänge <math>\overline\mathrm{AC}</math> im Goldenen Schnitt. Es entsteht dabei das gleichschenklige [[Stumpfwinkliges Dreieck|stumpfwinklige Dreieck]] <math>\mathrm{ABD}</math> sowie das Dreieck <math>\mathrm{BCD}</math>. Dass letzteres auch ein Goldenes Dreieck ist, zeigt die folgende einfache Überprüfung der [[Winkel]]weiten.
 
Am Scheitel <math>\mathrm{B}</math> ergibt sich durch die [[Winkelhalbierende]] des Ausgangsdreiecks die Winkelweite <math>36^\circ</math>; der Basiswinkel am Scheitel <math>\mathrm{C}</math> bleibt unverändert <math>72^\circ</math>. Wird die [[Winkelsumme]] eines ebenen Dreiecks mit <math>180^\circ</math> berücksichtigt, ist am Scheitel <math>\mathrm{D}</math> der Basiswinkel ebenfalls <math>72^\circ</math>. Dies zeigt auf, das entstandene Dreieck <math>\mathrm{BCD}</math> und das Goldene Dreieck <math>\mathrm{ABC}</math> sind zwei zueinander [[Ähnlichkeitssätze|ähnliche Dreiecke]].<ref name="AB18" />
 
Für den Nachweis, dass der Punkt <math>\mathrm{D}</math> tatsächlich die Schenkellänge <math>\overline\mathrm{AC}</math> im Goldenen Schnitt teilt, gilt:<ref name="AB19">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;63.</ref>
: <math>\overline\mathrm{AC} = \overline\mathrm{BC}\cdot\Phi = \overline\mathrm{CD}\cdot\Phi^2 =\overline\mathrm{CD}\cdot\left(\Phi + 1\right)</math>.
 
Nun bedarf es noch der Bestimmung des Polpunktes <math>\mathrm{O}</math> als Schnittpunkt der beiden [[Seitenhalbierende]]n <math>\overline\mathrm{XC}</math> und <math>\overline\mathrm{YD}</math>. Die darüber hinaus eingezeichneten goldenen Dreiecke <math>\mathrm{CDE, DEF, EFG, FGH, GHI}</math> und anderes mehr zeigen, dass diese Vorgehensweise beliebig weit fortgesetzt werden kann.
 
Mit <math>\mathrm{A, B, C, D}</math> und <math>\mathrm{E}</math> sind die ersten fünf Punkte auf der&nbsp;– noch zu konstruierenden&nbsp;– Spirale bestimmt. Hat der Polpunkt <math>\mathrm{O}</math> die Polarkoordinaten <math>\left(\mathrm{\mu^\theta,\theta}\right)</math>, so gilt für die Spira mirabilis die Polargleichung<ref name="AB18" />
 
: <math> \mu = \Phi^{\frac{5}{3\pi}} </math>.
 
'''Angenäherte Spira mirabilis mittels Kreisbögen'''
 
*Praktikable Methode als Konstruktion mit Zirkel und Lineal
 
An den gleichschenkligen stumpfwinkligen Dreiecken wird jeweils um deren Scheitelpunkt mit dem stumpfen Winkel ein Kreisbogen mit der Winkelweite <math>108^\circ</math> (entspricht <math>180^\circ - 2\cdot36^\circ</math>) und dem Radius gleich dem eines Schenkels gezogen.
 
Mit anderen Worten: Am Dreieck <math>\mathrm{ABD}</math> (grün) wird um den Scheitelpunkt <math>\mathrm{D}</math> des Winkels <math>108^\circ</math> ein Kreisbogen von <math>\mathrm{A}</math> nach <math>\mathrm{B}</math> gezogen. Gleiches gilt für die weiteren Dreiecke, die ähnlich dem Dreieck <math>\mathrm{ABD}</math> sind.
 
=== Geometrisches Mittel ===
{{Hauptartikel|Geometrisches Mittel}}
[[Datei:01-Goldener Schnitt-Geometrisches Mittel.svg|mini|hochkant=2.8|Geometrisches Mittel:<br /> <math>\mathrm{T}</math> teilt die Strecke <math>\mathrm{\overline{AB}}</math> im Verhältnis des Goldenen Schnittes: <math>x= \sqrt{a (a-x)};</math>&nbsp;<math>a= \sqrt{x (a+x)}</math>]]
 
Wird die Strecke <math>\mathrm{\overline{AB}}</math> mit Länge <math>a</math> durch den Punkt <math>\mathrm{T}</math> im Verhältnis des Goldenen Schnitts in zwei Teilstrecken <math>\mathrm{\overline{AT}}</math> und <math>\mathrm{\overline{BT}}</math> mit Längen <math>x</math> und <math>a-x</math> geteilt, so ist <math>x</math> bereits das geometrische Mittel der Zahlen <math>a</math> und <math>a-x</math>. Das folgt aus der allgemeinen Definition des geometrischen Mittels <math>\bar{x}_\text{geom} = \sqrt[n]{x_1 \cdot x_2 \dotsm x_n}</math>, hier: <math>x= \sqrt[2] {a (a-x)}</math>.
In der Tat folgt mit <math>\tfrac{x}{a} = \tfrac{1}{\Phi}</math> bereits
: <math> \sqrt{a(a-x)} = a\sqrt{1 - \frac{1}{\Phi}} = \frac{a}{\Phi} = x</math>.
Des Weiteren folgt daraus unmittelbar, dass <math>a</math> wiederum das geometrische Mittel von <math>x</math> und <math>a+x</math> ist.<ref>I. N. Bronstein, K. A. Semendjajew: ''Taschenbuch der Mathematik''. 20. Auflage. Gemeinschaftsausgabe Verlag Nauka Moskau und BSB B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, Leipzig 1981, S.&nbsp;167.</ref> Man hat in diesem Fall
: <math> \sqrt{x(a+x)} = a \sqrt{\frac{1}{\Phi}\left( 1 + \frac{1}{\Phi}\right)} = a</math>.
 
=== Gefalteter und verknoteter Papierstreifen ===
[[Datei:01 Goldener Schnitt-Papierfaltung-6.svg|mini|Bild 1<br />Goldener Schnitt im gefalteten und verknoteten Papierstreifen]]
[[Datei:01 Goldener Schnitt-Papierfaltung-2.svg|mini|Bild 2<br />Symmetrisches Trapez, die gepunkteten Linien zeigen das Fünfeck im Umkreis sowie den Papierstreifen]]
 
Mit der im Folgenden beschriebenen Papierstreifen-Methode erzeugt ein sogenannter [[Überhandknoten]]<ref>{{Internetquelle |autor=Daniel Lordick |url=https://www.researchgate.net/publication/324865962_Von_der_Knotentheorie_zum_Klettergerust |titel=6 Torusknoten, Torusverschlingungen, Zöpfe und Papierbänder |titelerg=Von der Knotentheorie zum Klettergerüst |hrsg=researchgate.net |datum=2012-02 |seiten=67–11 |abruf=2023-04-25}}</ref> ein regelmäßiges Fünfeck (Bild 1), bei dem die Faltenlänge (rot) die Seitenlänge <math>a</math> ist und die Diagonale (grün) –&nbsp;gebildet von der Kante des Papierstreifens&nbsp;– die Länge <math>\Phi\cdot a</math> hat.
 
Die Diagonale und die sich daran anschließenden drei Seiten des Fünfecks bilden ein symmetrisches Trapez.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;39–44.</ref>
 
==== Hilfssatz ====
(1) Ist <math>\mathrm{ABCD}</math> ein symmetrisches Trapez (Bild 2), so gilt
: <math>\mathrm{\overline{AB}}=\mathrm{\overline{BC}}=\mathrm{\overline{CD}}</math>,<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;40.</ref>
so ist die Diagonale <math>\mathrm{\overline{AC}}</math> auch die Winkelhalbierende des Winkels <math>\mathrm{BAD}</math>.
 
(2) Ist der Winkel <math>\mathrm{BAD}=72^\circ</math>, so verhält sich
: <math>|\mathrm{\overline{AC}}|:|\mathrm{\overline{AB}}|=\Phi:1</math><ref name="Petri">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;41.</ref>
 
==== Beweise ====
Zu (1)
 
Vorausgesetzt das Dreieck <math>\mathrm{BAC}</math> ist gleichschenklig, so ist <math>\angle\mathrm{BAC}=\angle\mathrm{ACB}</math> und <math>\angle\mathrm{CBD}=\angle\mathrm{BDC}</math>.
Aus der Symmetrie des Trapezes ergibt sich die Gleichheit der vier betrachteten Winkel (grün).
 
Die beiden Diagonalen <math>\mathrm{\overline{AC}}</math> und <math>\mathrm{\overline{BD}}</math> schneiden sich im Scheitel <math>\mathrm{S}</math> und erzeugen damit den [[Winkel#Scheitelwinkel oder Gegenwinkel|Scheitelwinkel]] <math>\angle\mathrm{DSA}=\angle\mathrm{BSC}</math>.
 
Infolgedessen sind die Basiswinkel des gleichschenkligen Dreiecks <math>\mathrm{SDA}</math> gleich denen des <math>\triangle\mathrm{SBC}</math>. Demzufolge ergibt sich die Gleichheit <math>\angle\mathrm{BAC}=\angle\mathrm{CBD}=\angle\mathrm{CAD}</math>. Somit ist bestätigt: <math>\mathrm{\overline{AC}}</math> ist die Winkelhalbierende von <math>\angle\mathrm{BAD}</math>.<ref name="Petri" />
 
Zu (2)
 
Aufgrund der Voraussetzung folgt mittels Hilfssatz (1), der Winkel <math>\mathrm{CAD}=36^\circ</math>. Wegen der Symmetrie des Trapezes ist auch der Winkel <math>\mathrm{ADC}=72^\circ</math>. Da die Winkelsumme im Dreieck <math>\mathrm{ACD}=180^\circ</math> beträgt, ist auch <math>\angle\mathrm{DCA}=72^\circ</math>.
 
Demzufolge ist das Dreieck <math>\mathrm{ACD}</math> wegen seiner Innenwinkel <math>36^\circ,\;72^\circ,\; 72^\circ</math> ein Goldenes Dreieck. Das Dreieck <math>\mathrm{ACD}</math> hat – für eine mögliche Zahl <math>a</math> – deshalb die Seitenlängen <math>\Phi\cdot a,\;a,\;\Phi\cdot a</math>. Somit ist bestätigt:
: <math>|\mathrm{\overline{AC}}|:|\mathrm{\overline{AB}}|=|\mathrm{\overline{AC}}|:|\mathrm{\overline{CD}}|=\Phi:1=\Phi</math>.<ref name="Petri" />
 
==== Vorbereitung des Papierstreifens ====
[[Datei:01 Goldener Schnitt-Papierfaltung-1.svg|mini|hochkant=2|Bild 3<br />Papierstreifen mit den vier eingezeichneten Trapezen]]
Zuerst ist die Streifenbreite gleich der Trapezhöhe zu ermitteln und anschließend die Anordnung der vier Trapeze (<math>\mathrm{T_1\ldots T_4}</math>) darzustellen (Bild 3). Hierzu werden die ermittelten Abmaße des symmetrischen Trapezes <math>\mathrm{ABCD}</math> –&nbsp;z.&nbsp;B. aus einem bereits konstruierten [[Fünfeck#Konstruktion mit Zirkel und Lineal bei gegebenem Umkreis|Fünfeck]] (siehe Bild 2)&nbsp;– auf einem Blatt Papier übertragen. Nach dem Beschriften der beiden Enden mit <math>\mathrm{E_1, \;E_2}</math>, bedarf es nur noch des Ausschneidens des Papierstreifens.
 
==== Papierfaltung ====
Bis zum fertigen Fünfeck sind nur drei Faltungen mit gleicher Faltrichtung und das Zusammenziehen des Überhandknotens erforderlich. Begonnen wird mit der Faltlinie <math>\mathrm{F_1}</math>, demzufolge das Trapez <math>\mathrm{T_2}</math> oberhalb des Streifenendes <math>\mathrm{E_1}</math> (Bild 4) zum Liegen kommt. Der Punkt <math>\mathrm{A'}</math> der Diagonale <math>\mathrm{\overline{A'C}}</math> ist dabei direkt auf dem Punkt <math>\mathrm{A}</math> positioniert. Das regelmäßige Fünfeck <math>\mathrm{ABCDE}</math> kann man bereits jetzt erkennen.
 
Die zweite Faltung mit der Faltlinie <math>\mathrm{F_2}</math> (Bild 5) und dritte Faltung mit <math>\mathrm{F_2}</math> (Bild 6) werden analog zur ersten ausgeführt. Schließlich benötigt es nur noch das Durchziehen (Verknoten) des Streifenendes <math>\mathrm{E_2}</math> zwischen dem Streifenende <math>\mathrm{E_1}</math> und dem Trapez <math>\mathrm{T_2}</math>, um das gesuchte regelmäßige Fünfeck mit Goldenen Schnitt zu erhalten.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;42–44.</ref>
 
<gallery mode="packed" heights="250">
01 Goldener Schnitt-Papierfaltung-3.svg|alt=|Bild 4<br />Falten der ersten Faltlinie <math>\mathrm{F_1}</math>
01 Goldener Schnitt-Papierfaltung-4.svg|alt=|Bild 5<br />Falten der zweiten Faltlinie <math>\mathrm{F_2}</math>
01 Goldener Schnitt-Papierfaltung-5.svg|alt=|Bild 6<br />Falten der dritten und letzten Faltlinie <math>\mathrm{F_3}</math>, Streifenende <math>\mathrm{E_2}</math> zwischen dem Streifenende <math>\mathrm{E_1}</math> und dem Trapez <math>\mathrm{T_2}</math> durchgezogen
</gallery>


== Weitere mathematische Eigenschaften ==
== Weitere mathematische Eigenschaften ==
 
{{Schaufenster
=== Algebraische Zahlentheorie ===
| Seite = Goldener Schnitt/Weitere mathematische Eigenschaften
Der Goldene Schnitt ist als Nullstelle des [[Polynom]]s <math>X^2-X-1</math> eine [[algebraische Zahl]]. Weil das Polynom normiert ist und alle Koeffizienten ganzzahlig sind, ist der Goldene Schnitt sogar eine [[Ganzheitsring|algebraisch ''ganze'' Zahl]]. Es sei <math>K:=\mathbb Q(\Phi) = \mathbb Q(\sqrt{5})</math>, dann ist <math>K/\mathbb Q</math> eine Körpererweiterung von Grad&nbsp;2. Damit ist <math>K</math> ein [[quadratischer Zahlkörper]]. Es ist der reell-quadratische Zahlkörper kleinster [[Diskriminante (algebraische Zahlentheorie)|Diskriminante]], nämlich 5 (der reell-quadratische Zahlkörper mit nächstgrößerer Diskriminante ist <math>\mathbb Q(\sqrt{2})</math> mit Diskriminante&nbsp;8).<ref>Frazer Jarvis: ''Algebraic Number Theory.'' Springer, S.&nbsp;131.</ref> Es sei <math>\mathcal O_K</math> der zugehörige Ganzheitsring. Weil <math>\Phi</math> ganz ist, gilt <math>\Phi \in \mathcal O_K</math>, aber mehr als das: Wegen
| Marke = Weitere mathematische Eigenschaften
: <math>N_{K/\mathbb Q}(\Phi)=\Phi\Phi' = \frac{1+\sqrt{5}}{2} \cdot \frac{1-\sqrt{5}}{2} = \frac{1-5}{4}=-1 \in \mathbb Z^\times</math>
| modus = ignorieren
ist der Goldene Schnitt sogar [[Einheit (Mathematik)|Einheit]] des Ganzheitsrings <math>\mathcal O_K</math>. Sein multiplikativ Inverses ist <math>-\Phi' = \tfrac{\sqrt{5}-1}{2} = \Phi-1</math>. Dies lässt sich algebraisch allein durch Kenntnis des [[Minimalpolynom (Körpertheorie)|Minimalpolynoms]] <math>X^2-X-1</math> zeigen:
| link = 1
<math>\Phi(\Phi-1) = \Phi^2-\Phi = \Phi^2-\Phi - (\Phi^2-\Phi-1) = 1</math>
| linkpos = prefix
Jedoch ist der Goldene Schnitt nicht nur eine Einheit des Ganzheitsrings <math>\mathcal O_K</math>, sondern sogar [[Fundamentaleinheit]] des Ganzheitsrings. Das bedeutet, jedes Element aus <math>\mathcal O_K^\times</math> ist von der Form <math>\pm \Phi^n</math> mit <math>n \in \mathbb \Z</math>. Darüber hinaus bilden <math>1,\Phi \in \mathcal O_K</math> eine <math>\mathbb Z</math>-Basis von <math>\mathcal O_K</math>.<ref>Jürgen Neukirch: ''Algebraische Zahlentheorie.'' Springer, 1992, S.&nbsp;16.</ref> Das heißt, jedes Element aus <math>\mathcal O_K</math> lässt sich eindeutig als <math>a+b\Phi</math> mit <math>a,b \in \mathbb Z</math> schreiben. Es bildet auch <math>1,\Phi^2 \in \mathcal O_K</math> eine <math>\mathbb Z</math>-Basis von <math>\mathcal O_K</math>. Dabei ist <math>\Phi^2 = \tfrac{3+\sqrt{5}}{2}</math>.
| inline = 1
 
}}
=== Kettenwurzel ===
Aus <math>\Phi^2 = 1 + \Phi</math> lässt sich folgende unendliche [[Kettenwurzel]] herleiten:<ref name="SRF07">Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [https://sites.oxy.edu/lengyel/originals/0521818052ws.pdf#page=17&zoom=auto,72,727 1.2 The Golden Mean, φ]'', Band 94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;7.</ref>
: <math>\Phi = \sqrt{1+\sqrt{1+\sqrt{1+\sqrt{1+\dotsb}}}}</math>
 
Setzt man also <math>\Phi_0 := 1</math> und <math>\Phi_{n} := \sqrt{1 + \Phi_{n-1}}</math> mit <math>n \geq 1</math>, so gilt
: <math> \lim_{n \to \infty} \Phi_n = \Phi</math>.
Hinsichtlich der [[Konvergenzgeschwindigkeit]] gilt
: <math> \Phi - \Phi_n \sim \frac{2C}{(2\Phi)^n}, \qquad n \to \infty</math>, wobei <math>C = 1{,}0986419643\dots</math>. Es gilt die exakte Formel
: <math>C = \prod_{n=1}^\infty \frac{2\Phi}{\Phi + \Phi_n}</math>.
Sie kann auch implizit charakterisiert werden. Es bezeichne <math>F</math> die für <math>|x| < \Phi^2</math> [[analytische Funktion]], so dass die [[Differentialgleichung]]
: <math>F(x) = 2\Phi F(\Phi - \sqrt{\Phi^2 - x})</math>
sowie <math>F(0)=0</math> und <math>F'(0)=1</math> erfüllt ist. Dann gilt <math>C = \Phi F\left( \tfrac{1}{\Phi}\right)</math>.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [https://sites.oxy.edu/lengyel/originals/0521818052ws.pdf#page=18&zoom=auto,72,727 Well-Known Constants]'', Band 94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;8.</ref>
 
=== Trigonometrische und Hyperbolische Funktionen ===
Aus der [[Trigonometrie]] folgt unter anderem<ref name="SRF07" />
: <math>\Phi = 2\cos\left(\frac{\pi}{5}\right) = 2 \sin\left(\frac{3 \pi}{10}\right)</math>
und
: <math>\frac{1}{\Phi} = 2\sin\left(\frac{\pi}{10}\right) = 2\cos\left(\frac{2\pi}{5}\right)</math>,
sowie
: <math>\sqrt{3-\Phi} = 2 \sin\left( \frac{\pi}{5} \right)</math>.
Es ist <math>\tfrac{\pi}{5}</math> der volle Spitzwinkel und <math>\tfrac{3\pi}{10}</math> die Hälfte des stumpfen Außenwinkels des [[Pentagramm]]s. Gelegentlich wird die Rolle des Goldenen Schnitts für das [[Fünfeck]] als vergleichbar bedeutend bezeichnet wie die der [[Kreiszahl]] <math>\pi</math> für den Kreis. Ein weiterer Zusammenhang zur Kreiszahl <math>\pi</math> ergibt sich über den [[Arkustangens]], der [[Umkehrfunktion]] des [[Tangens]] aus der Trigonometrie. Es gilt<ref>Alfred Posamentier, Ingmar Lehmann: ''The Glorious Golden Ratio.'' Prometheus Books, S.&nbsp;75.</ref>
 
: <math> \pi = 2 \left( \arctan(\Phi^5) + \arctan\left(\frac{1}{\Phi^5}\right) \right) = 6 \arctan\left(\frac{1}{\Phi}\right) - 2 \arctan\left(\frac{1}{\Phi^5}\right)</math>.
 
Der Goldene Schnitt lässt sich mit Hilfe der [[Eulersche Zahl|Eulerschen Zahl]] und der [[Areasinus Hyperbolicus|hyperbolischen Areasinus-Funktion]] ausdrücken:
 
: <math>\Phi^{\pm1} = e^{\operatorname{arsinh}\left(\pm\frac{1}{2}\right)}</math>
 
=== Unendliche Reihen ===
Einsetzen von <math>q = \tfrac{1}{\Phi}</math> in die für <math>|q| < 1</math> gültige [[Geometrische Reihe|geometrische Reihenformel]] <math>\textstyle \sum_{k=1}^{\infty} q^k = \frac{q}{1-q}</math> ergibt:
 
: <math>\Phi = \frac{\frac1\Phi}{1-\frac1\Phi} = \sum_{k=1}^\infty\frac{1}{\Phi^k}</math>.
 
Es gilt zudem<ref name="SRF07" />
 
: <math> \frac{2\log(\Phi)}{\sqrt{5}} = \left( 1 - \frac12 - \frac13 + \frac14 \right) + \left( \frac16 - \frac17 - \frac18 + \frac19 \right) + \left( \frac{1}{11} - \frac{1}{12} - \frac{1}{13} + \frac{1}{14} \right) + \cdots</math>.
 
Eine weitere Reihe, die den logarithmierten Goldenen Schnitt enthält, beinhaltet die mittleren [[Binomialkoeffizient]]en:
: <math> 2 \log(\Phi)^2 = \sum_{n=1}^\infty \frac{(-1)^{n-1}}{n^2 \binom{2n}{n}}</math>.
Da gleichzeitig auch die Identität
: <math> \frac{\pi^2}{18} = \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n^2 \binom{2n}{n}}</math>
für die nicht alternierende Variante gilt, wird hier eine „Verbindung“ zwischen der [[Kreiszahl]] <math>\pi</math> und dem Goldenen Schnitt gesehen.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [http://refkol.ro/matek/mathbooks/ro.math.wikia.com%20wiki%20Fisiere_pdf_incarcate/Mathematical-Constants.pdf#page=41&zoom=auto,69,720 1.4.1 Infinite Series]'', Band 94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;20.</ref>
 
Eine schnell konvergente Reihe beinhaltet die [[Fibonacci-Folge]]:
 
: <math>4 - \Phi = \sum_{n=0}^\infty \frac{1}{f_{2^n}} = \frac{1}{f_1} + \frac{1}{f_2} + \frac{1}{f_4} + \frac{1}{f_8} + \cdots</math>.
 
=== Rogers-Ramanujan Kettenbrüche ===
Es gilt<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [https://sites.oxy.edu/lengyel/originals/0521818052ws.pdf#page=17&zoom=auto,72,727 1.2 The Golden Mean, φ]'', Band 94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;7–8.</ref>
: <math> \frac{e^{-\frac{2\pi}{5}}}{\sqrt{\Phi \sqrt{5}} - \Phi} = 1 + \cfrac{e^{-2\pi}}{1 + \cfrac{e^{-4\pi}}{1 + \cfrac{e^{-6\pi}}{1 + \dotsb}}}</math>,
: <math> \frac{e^{-\frac{\pi}{5}}}{\sqrt{(\Phi-1) \sqrt{5}} - (\Phi-1)} = 1 - \cfrac{e^{-\pi}}{1 + \cfrac{e^{-2\pi}}{1 - \cfrac{e^{-3\pi}}{1 + \dotsb}}}</math>.
 
Dabei bezeichnet <math>e</math> die [[Eulersche Zahl]] und <math>\pi</math> die [[Kreiszahl]]. Setzt man für <math>|q|<1</math>
 
: <math>R(q) := \frac{q^{\frac15}}{1 + \frac{q}{1 + \frac{q^2}{1 + \frac{q^3}{1 + \cdots}}}}</math>
 
so hat man allgemeiner für <math>\alpha, \beta > 0</math> mit <math>\alpha \beta = \pi^2</math>
 
: <math> \left( \Phi + R\left(e^{-2\alpha}\right) \right) \left( \Phi + R\left(e^{-2\beta}\right) \right) = \sqrt{5}\Phi</math>,
 
sowie
 
: <math> \left( \Phi^{-1} - R\left(-e^{-\alpha}\right)\right)\left( \Phi^{-1} - R\left(-e^{-\beta}\right)\right) = \sqrt{5}\Phi^{-1}</math>.
 
Diese Entdeckungen gehen auf [[Srinivasa Ramanujan]] zurück. Die Funktion <math>R</math> wird auch als [[Rogers-Ramanujan-Kettenbruch]] bezeichnet und hat Verbindungen zur Theorie der [[Modulform]]en.<ref>Bruce Berndt: ''Ramanujan’s Notebook Part&nbsp;III.'' Springer, S.&nbsp;83–84.</ref>
 
=== Zusammenhang zur Chintschin-Levy-Konstante ===
Definiert man den ''nächstgelegenen ganzzahligen Kettenbruch'' (englisch: ''nearest integer continued fraction'') für reelle Zahlen <math>-\tfrac12 < x < \tfrac12</math> via
: <math> x = 1 + \frac{1}{c_1 + \frac{1}{c_2 + \cdots}}</math>
über die Rekursion
: <math> c_1 = \left\lfloor \frac{1}{x} + \frac12 \right\rfloor, \quad x_1 = \frac1x - c_2, \quad c_2 = \left\lfloor \frac{1}{x_1} + \frac12 \right\rfloor, \quad x_2 = \frac{1}{x_1} - c_2, \ldots </math>
so können die <math>c_j</math> eventuell negative Zahlen sein. Für die [[Chintschin-Konstante|Chintschin-Levy-Konstante]] gilt in diesem Falle
: <math> \lim_{n \to \infty} \sqrt[n]{|c_1 \cdots c_n|} = \left( \frac{5\Phi + 3}{5\Phi + 2}\right)^{\frac{\log(2)}{\log(\Phi)}} \prod_{k=1}^\infty \left(\frac{8(k-1)\Phi + (2k-3)^2+ 4}{8(k-1)\Phi + (2k-3)^2}\right)^{\frac{\log(k)}{\log(\Phi)}} = 5{,}4545172445\ldots </math>
für alle betroffenen reellen Zahlen bis auf eine [[Lebesgue-Nullmenge]].<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants, [http://refkol.ro/matek/mathbooks/ro.math.wikia.com%20wiki%20Fisiere_pdf_incarcate/Mathematical-Constants.pdf#page=80&zoom=auto,69,580 1.8 Khintchine–Lévy Constants]'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications.'' Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;59–62.</ref> Das bedeutet, dass alle Zahlen <math>- \tfrac12 < x < \tfrac12</math>, „bis auf 0 %“ in einem asymptotischen Sinne, diese Gesetzmäßigkeit erfüllen. Ist zudem <math>\tfrac{P_n}{Q_n}</math> der (vollständig gekürzte) <math>n</math>-te Näherungsbruch dieser Konstruktion, so gilt wieder bis auf Nullmenge<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [http://refkol.ro/matek/mathbooks/ro.math.wikia.com%20wiki%20Fisiere_pdf_incarcate/Mathematical-Constants.pdf#page=83&zoom=auto,69,720 Well-Known Constants]'', Band 94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;62.</ref>
: <math> \lim_{n \to \infty} \sqrt[n]{|Q_n|} = e^{\frac{\pi^2}{12 \log(\Phi)}} = 5{,}5243079702\ldots</math>.
 
=== Alternierende Bit-Mengen ===
Jede natürliche Zahl lässt sich eindeutig über das [[Dualsystem|Binärsystem]] durch Nullen und Einsen ausdrücken. Innerhalb einer solchen Darstellung lassen sich nun sog. alternierende Bit-Mengen abzählen, die wie folgt erklärt sind:
 
* Von links nach rechts wechseln sich in den ausgewählten Positionen die Zahlen 1 und 0 ab.
* Die Zahl ganz zur Linken der ausgewählten Positionen ist&nbsp;1.
* Die Zahl ganz zur Rechten der ausgewählten Positionen ist&nbsp;0.
 
Man bezeichnet die Anzahl der alternierenden Bit-Mengen einer Zahl <math>n</math> mit <math>c(n)</math>. Es ist zum Beispiel <math>c(26) = 8</math>, denn im Binärsystem gilt <math> 26 = 11010</math>, und daher sind die möglichen alternierenden Bit-Mengen (aus formalen Gründen inklusive der [[Leere Menge|leeren Menge]]):
 
: <math> \{\}, \{5,3\}, \{5,1\}, \{4,3\}, \{4,1\}, \{2,1\}, \{5,3,2,1\}, \{4,3,2,1\}</math>.
 
Es bezieht sich z.&nbsp;B. <math>\{5,3,2,1\}</math> auf <math>{\color{red}{1}}1{\color{red}{010}}</math>. Es entspricht <math>c(n)</math> gleichzeitig der Anzahl der Möglichkeiten, <math>n</math> als Summe von Zweierpotenzen zu schreiben, ohne dabei eine Potenz mehr als zweimal zu benutzen.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [http://refkol.ro/matek/mathbooks/ro.math.wikia.com%20wiki%20Fisiere_pdf_incarcate/Mathematical-Constants.pdf#page=169&zoom=auto,69,510 2.16.3 Alternating Bit Sets]'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;148.</ref> Diese [[zahlentheoretische Funktion]] <math>c</math> hat eine Verbindung zum Goldenen Schnitt, denn es konnte
: <math> 0{,}9588 < \limsup_{n \to \infty} \frac{c(n)}{n^{\frac{\log(\Phi)}{\log(2)}}} < 1{,}1709</math>
gezeigt werden. Dabei ist <math>\limsup</math> der [[Limes superior]]. Ob der innere Wert sogar 1 beträgt, konnte bisher nicht gezeigt werden.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [http://refkol.ro/matek/mathbooks/ro.math.wikia.com%20wiki%20Fisiere_pdf_incarcate/Mathematical-Constants.pdf#page=170&zoom=auto,69,720 2.16 Stolarsky–Harborth Constant]'', Band 94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;149.</ref>
 
=== Verbindung zu speziellen Funktionen ===
Über die Formel
 
: <math>\Gamma\left( \frac{1}{5} \right) \Gamma\left( \frac{4}{5} \right) = \frac{2}{5} \pi \sqrt{5} \sqrt{2 + \Phi}</math>
 
wird eine direkte Verbindung zur [[Gammafunktion]] hergestellt.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [http://refkol.ro/matek/mathbooks/ro.math.wikia.com%20wiki%20Fisiere_pdf_incarcate/Mathematical-Constants.pdf#page=54&zoom=auto,69,720 1.5.4 Gamma Function]'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;33.</ref> Dabei ist wie üblich <math>\pi</math> die [[Kreiszahl]]. Die Gammafunktion stellt eine Fortsetzung der [[Fakultätsfunktion]] auf [[komplexe Zahl]]en dar.
 
Für den [[Trilogarithmus]] <math>\mathrm{Li}_3</math> gilt die Identität
: <math> \mathrm{Li}_3(2 - \Phi) = \frac{4}{5} \zeta(3) + \frac{\pi^2}{15} \log(2 - \Phi) - \frac{1}{12} \log(2 - \Phi)^3</math>.
Dabei bezeichnet <math>\zeta(3)</math> den Wert der [[Riemannsche Zeta-Funktion|Riemannschen Zeta-Funktion]] an der Stelle <math>3</math>, der auch unter [[Apéry-Konstante]] bekannt ist.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [http://refkol.ro/matek/mathbooks/ro.math.wikia.com%20wiki%20Fisiere_pdf_incarcate/Mathematical-Constants.pdf#page=65&zoom=auto,69,720 Well-Known Constants]'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;44.</ref>


== Varianten und Verallgemeinerungen ==
== Varianten und Verallgemeinerungen ==
 
{{Schaufenster
=== Silberner Schnitt ===
| Seite = Goldener Schnitt/Varianten und Verallgemeinerungen
{{Hauptartikel|Silberner Schnitt}}
| Marke = Varianten und Verallgemeinerungen
[[Datei:01 Silberner Schnitt.svg|mini|hochkant=1.5|Silberner Schnitt im regelmäßigen [[Achteck]], Größenverhältnisse der Streckenteile:<br /> <math>\delta =\frac{2a + b}{a} = \frac{a}{b}</math>]]
| modus = ignorieren
 
| link = 1
Der Silberne Schnitt beschreibt das definierte Größenverhältnis zweier Abschnitte mit unterschiedlicher Größe (oder Länge) einer Strecke (oder eines Bereichs).
| linkpos = prefix
 
| inline = 1
Ist etwas „nach dem Silbernen Schnitt geteilt“, so versteht man darunter:
}}
: ''Das Verhältnis der Summe des verdoppelten größeren und des kleineren Teils zum größeren Teil ist gleich dem Verhältnis des größeren zum kleineren Teil.''
 
Es gilt also:
: <math>\frac{2a+b}{a} = \frac{a}{b}</math>.
 
Er hat den Wert<ref>{{Internetquelle |autor=Eric Weisstein |url=https://mathworld.wolfram.com/SilverRatio.html |titel=Silver Ratio |hrsg=WolframMathWorld |datum=2021-01-11 |abruf=2022-10-11}}</ref>
: <math> \delta = 1 + \sqrt{2} = 2{,}414\ldots</math>
Ebenso wie der Goldene Schnitt ist er also eine quadratisch-irrationale Zahl. Wegen <math>\delta = 2 + \tfrac{1}{\delta}</math> gilt<ref>{{Internetquelle |autor=Dario Jotanovic |url=http://fbmn.h-da.de/~tksprosem/uploads/Main/JotanovicAusarbeitung.pdf#page=28&zoom=auto,-17,786 |titel=9.1 Silberner Schnitt |werk=Der Goldene Schnitt Implementierung mathematischer Algorithmen |hrsg=Hochschule Darmstadt |seiten=27 |format=PDF |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20210117184955/http://fbmn.h-da.de/~tksprosem/uploads/Main/JotanovicAusarbeitung.pdf |abruf=2022-10-11}}</ref>
: <math>\delta = 2 + \cfrac{1}{2 + \cfrac{1}{2 + \cfrac{1}{2 + \dotsb}}}</math>.
 
=== Variante über Rechteckflächen ===
Es soll eine gegebene Strecke <math>\mathrm\overline{AB}</math> mit der Länge <math>a</math> um eine Länge <math>x</math> verlängert werden, sodass ein Rechteck mit der Verlängerung <math>x</math> als Breite und <math>a+x</math> als Länge, gleich ist, einem vorab bestimmten Rechteck mit der Länge <math>m</math> und der Breite <math>n</math>. Es soll also<ref name="Unger">Ephraim Salomon Unger: ''Praktische Uebungen für angehende Mathematiker'', Band&nbsp;1: ''Das Berechnen, Verwandeln und Theilen der Figuren.'' F. A. Brockhaus, Leipzig 1828, Abschnitt ''Vermischte Aufgaben'', S.&nbsp;205–206 ({{Google Buch |BuchID=Qpk1AAAAcAAJ |Seite=205 |Linktext=Digitalisat S.&nbsp;205 [Google] |KeinText=ja}}).</ref>
: <math>x\left(x+a \right)=mn</math>
gelten, was sich auf die quadratische Gleichung <math> x^2 + ax - mn = 0</math> reduziert. Daraus ergibt sich über die [[Mitternachtsformel]] sogleich
: <math>x =-\frac{a}{2} + \sqrt{\frac{a^2}{4} + mn}</math>
da <math>x > 0</math> gelten soll. Ergeben Konstruktion oder Abmessungen des vorab bestimmten Rechtecks speziell
: <math>mn=a^2</math>
so ergibt sich zusätzlich
: <math>x\left(x+a \right)=a^2\Rightarrow \frac{x}{a}=\frac{a}{a+x}</math>
nach dem Umformen erhält man mit
: <math>\frac{a-x}{x}=\frac{x}{a}</math><ref name="Unger" />
das Teilungsverhältnis des Goldenen Schnittes. Die Verlängerung <math>x</math> ist in diesem Falle die mittlere Proportionale, sprich das [[Geometrisches Mittel|geometrische Mittel]], zwischen <math>a-x</math> und <math>a</math>.
 
[[Ephraim Salomon Unger]] zeigt seinen Weg, der zur Verlängerung <math>x</math> führt:
 
{{Zitat
|Text=Man findet also die gesuchte Verlängerung, wenn man die mittlere Proportionale zwischen <math>m</math> und <math>n</math> als die eine Kathete und <math>\tfrac{a}{2}</math> als die andere Kathete eines rechtwinkligen Dreiecks annimmt; und von der Hypotenuse desselben <math>\tfrac{1}{2}</math> <math>a</math> abschneidet.
|Autor=Ephraim Salomon Unger
|Quelle=Praktische Übungen für angehende Mathematiker
|ref=<ref name="Unger" />}}
 
[[Datei:01 Goldener Schnitt-Variante.svg|mini|hochkant=1.8|Die beiden Rechtecke <math>\mathrm{AMOP}</math> (blau) und <math>\mathrm{AGFE}</math> (grün) haben den gleichen Flächeninhalt. Der Punkt <math>\mathrm{B}</math> teilt <math>|\mathrm\overline{AM}|</math> im Goldenen Schnitt, sofern <math>mn = a^2</math> gilt.]]
 
'''Konstruktion'''
 
(Die Konstruktion wurde, wegen nicht einsehbarer Skizze, der obigen Beschreibung von Unger nachempfunden.)
 
Es beginnt mit der Halbgeraden <math>\mathrm{g}</math> und dem Abtragen der gegebenen Strecke <math>\mathrm\overline{AB}</math> mit Länge <math>a</math> auf <math>\mathrm{g}</math>. Der Punkt <math>\mathrm{E}</math>, für die Länge <math>m</math> des (grünen) Rechtecks, wird rechts von <math>\mathrm{B}</math> beliebig auf <math>\mathrm{g}</math> gesetzt. Im allgemeinen Fall darf die Breite <math>n</math> frei gewählt werden.
 
Soll hingegen zum Schluss der Punkt <math>\mathrm{B}</math> die gesuchte Strecke <math>\mathrm{\overline{AM}}</math> mit Länge <math>a+x</math> im Goldenen Schnitt teilen, muss <math>n</math> aus <math>m</math> erst noch bestimmt werden. Hierfür wird die Breite <math>n</math> des Rechtecks mittels des Quadrats <math>\mathrm{ADCB}</math> mit Fläche <math>a^2</math> durch die Verbindung der Punkte <math>\mathrm{D}</math> mit <math>\mathrm{E}</math> und deren Parallele <math>\mathrm\overline{CF}</math> festgelegt. Es folgt das Einzeichnen des Rechtecks <math>\mathrm{AGFE}</math>, dessen Flächeninhalt mit <math>mn=a^2</math> gleich dem des Quadrates <math>\mathrm{ADCB}</math> ist. Diese Vorgehensweise ist in der nebenstehenden Skizze dargestellt. Falls keine stetige Teilung erzielt werden soll, wird dieser erste Schritt weggelassen.
 
Es folgt der Kreisbogen mit Radius <math>n</math> um <math>\mathrm{E}</math> bis er die Halbgerade <math>\mathrm{g}</math> in <math>\mathrm{H}</math> schneidet. Nach dem Bestimmen des Mittelpunktes <math>\mathrm{I}</math> der Strecke <math>\mathrm\overline{AH}</math> und dem Ziehen des Kreisbogens mit Radius <math>\mathrm{|\overline{IH}|}</math> um <math>\mathrm{I}</math>, wird die Senkrechte zu <math>\mathrm\overline{AH}</math> in <math>\mathrm{E}</math> errichtet, bis sie den Kreisbogen in <math>\mathrm{J}</math> schneidet. Die Strecke <math>\mathrm\overline{EJ}</math> entspricht dem geometrischen Mittel der Längen <math>m</math> und <math>n</math>. Nach dem Halbieren der Strecke <math>\mathrm\overline{AB}</math> in <math>\mathrm{K}</math> wird <math>\mathrm{\overline{AK}}</math> mit Länge <math>\tfrac{a}{2}</math> ab <math>\mathrm{E}</math> auf die Halbgerade <math>\mathrm{g}</math> übertragen und der so erzeugte Schnittpunkt <math>\mathrm{L}</math> mit <math>\mathrm{J}</math> verbunden. Daraus ergibt sich das rechtwinklige Dreieck <math>\mathrm{ELJ}</math>. Der sich anschließende Kreisbogen mit Radius <math>\tfrac{a}{2}</math> um <math>\mathrm{J}</math> liefert mit <math>\mathrm\overline{LN}</math> die gesuchte Länge <math>x</math>. Die Übertragung der Länge <math>x</math> auf <math>\mathrm{g}</math> ab <math>\mathrm{B}</math> erzeugt die Gesamtstrecke <math>\mathrm\overline{AM}</math> mit Länge <math>a+x</math>.
 
Der Punkt <math>\mathrm{B}</math> teilt somit die Streckenlänge <math>|\mathrm\overline{AM}|</math> im Goldenen Schnitt, sofern <math>mn = a^2</math> gilt.
 
Das abschließend errichtete blaue Rechteck <math>\mathrm{AMOP}</math> über <math>\mathrm\overline{AM}</math> mit der Breite <math>x</math> hat ganz allgemein den gleichen Flächeninhalt wie das grüne Rechteck <math>\mathrm{AGFE}</math>.
 
=== Kubische Varianten ===
Man definiert die [[Perrin-Folge]] rekursiv durch <math>g_0 := 3</math>, <math>g_1 := 0</math>, <math>g_2 := 2</math>, und <math>g_{n} = g_{n-2} + g_{n-3}</math> für alle <math> \geq 3</math>. Ähnlich wie sich die Quotienten nacheinander folgender [[Fibonacci-Zahl]]en dem Goldenen Schnitt nähern, folgt für die Perrin-Zahlen
: <math> \lim_{ \to \infty} \frac{g_{n+1}}{g_n} = \psi</math>
wobei <math>\psi > 0</math> die charakteristische Gleichung <math>\psi^3 - \psi - 1 = 0</math> erfüllt. Durch Radikale ausgedrückt ergibt sich
: <math>\psi = \sqrt[3]{\tfrac12 + \tfrac{\sqrt{69}}{18}} + \frac{1}{3\sqrt[3]{\tfrac12 + \tfrac{\sqrt{69}}{18}}} = 1{,}3247 \ldots</math>
Ähnlich wie beim Goldenen Schnitt besitzt auch <math>\psi</math> eine Entwicklung als Kettenwurzel, dieses Mal jedoch kubisch:
: <math>\psi = \sqrt[3]{1 + \sqrt[3]{1 + \sqrt[3]{1 + \cdots }}}</math>.
In Anlehnung an die Goldene Konstante wird <math>\psi</math> gelegentlich auch als „Plastik-Konstante“ bezeichnet.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [https://sites.oxy.edu/lengyel/originals/0521818052ws.pdf#page=18&zoom=auto,72,727 1.2.1 Analysis of a Radical Expansion]'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;8–9.</ref>
 
Im Falle der „[[Tribonacci-Folge]]“ <math>h_0 = h_1 := 0</math>, <math>h_2 := 1</math> und <math>h_n := h_{n-1} + h_{n-2} + h_{n-2}</math> für <math>n \geq 3</math> gilt
: <math> \lim_{n \to \infty} \frac{h_{n+1}}{h_n} = \chi = \sqrt[3]{\tfrac{19}{27} + \tfrac{\sqrt{33}}{9}} + \frac{4}{9\sqrt[3]{\tfrac{19}{27} + \tfrac{\sqrt{33}}{9}}} = 1{,}8392\ldots</math>.
Es erfüllt <math>\chi</math> die Gleichung <math>\chi^3 - \chi^2 - \chi - 1 = 0</math>.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [https://sites.oxy.edu/lengyel/originals/0521818052ws.pdf#page=19&zoom=auto,72,727 1.2 The Golden Mean,&nbsp;φ]'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;9.</ref>
 
=== Verallgemeinerte Kettenbrüche ===
Das Konzept der [[Kettenbruchentwicklung]] lässt sich für ganze positive Zahlen <math>p,q</math> verallgemeinern durch
: <math> w(p,q) := q + \frac{p + \frac{1}{q + \frac{p + \cdots}{q + \cdots}}}{q + \frac{p + \frac{1+\cdots}{q+\cdots}}{q + \frac{p + \cdots}{q + \cdots}}}</math>.
Dies entspricht einer [[fraktal]]en Konstruktion durch die iterative Anwendung der Ersetzungsregeln
: <math> p \mapsto p + \frac{1}{q}, \qquad q \mapsto q + \frac{p}{q}</math>.
Dieser verallgemeinerte Kettenbruch konvergiert stets gegen die positive Lösung der Gleichung<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [https://sites.oxy.edu/lengyel/originals/0521818052ws.pdf#page=13&zoom=auto,72,727 1.1.1 Generalized Continued Fractions]'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;3.</ref>
: <math>x^3 - qx^2 - px - 1 = 0</math>.
Setzt man in diesem Beispiel also insbesondere <math>p=q=1</math>, so ergibt sich als Grenzwert die Zahl <math>\chi</math>, die eine kubische Verallgemeinerung des Goldenen Schnittes darstellt.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [https://sites.oxy.edu/lengyel/originals/0521818052ws.pdf#page=19&zoom=auto,72,727 1.2 The Golden Mean,&nbsp;φ]'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;9.</ref>
 
=== Asymptotik zufälliger Fibonacci-Folgen ===
Setzt man <math>x_0 = x_1 := 1</math>, sowie
: <math> x_n = \pm \ x_{n-1} \pm x_{n-2}</math>
für <math>n \geq 2</math>, wobei die Vorzeichen durch unabhängige [[Zufallsvariable]]n mit gleichen [[Wahrscheinlichkeitsrechnung|Wahrscheinlichkeiten]] für <math>\pm 1</math> gegeben sind, zeigte D.&nbsp;Viswanadt<ref>D. Viswanadt: ''Random Fibonacci sequences and the number 1.13198824…'' In: Math. Comp.&nbsp;69, 2000, S.&nbsp;1131–1155.</ref>
: <math> \lim_{n \to \infty} \sqrt[n]{|x_n|} = 1{,}13198824 \ldots</math>
mit Wahrscheinlichkeit 1. Die gewöhnliche Fibonacci-Folge, die sich in dieser Art Limes dem Goldenen Schnitt annähert, entspricht dem Extremfall, dass die Zufallsgrößen stets den Wert <math>+1</math> annehmen, was aber mit einer (asymptotischen) Wahrscheinlichkeit von 0&nbsp;Prozent eintritt.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [https://sites.oxy.edu/lengyel/originals/0521818052ws.pdf#page=20&zoom=auto,72,661 1.2.4 Random Fibonacci Sequences]'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;10.</ref>


== Vorkommen in der Natur ==
== Vorkommen in der Natur ==
 
{{Schaufenster
=== Biologie ===
| Seite = Goldener Schnitt/Vorkommen in der Natur
[[Datei:01 Goldener Winkel, Blätteranordnung.svg|rahmenlos|rechts|hochkant=1.2|Blattstand einer Pflanze mit einem Blattabstand nach dem Goldenen Winkel]]
| Marke = Vorkommen in der Natur
 
| modus = ignorieren
Das vielleicht bekannteste Beispiel für Verhältnisse des Goldenen Schnittes in der Natur findet sich bei der Anordnung von [[Blatt (Pflanze)|Blättern]] ([[Phyllotaxis]]) mancher [[Pflanzen]].<ref name="AB4">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;124.</ref>
| link = 1
Bei diesen Pflanzen teilt der Winkel – wie nebenstehend in der vereinfachten [[Draufsicht]] dargestellt – zwischen einem ersten und dem jeweils nächsten gesprossten Blatt den Vollkreis (360°) im Verhältnis des Goldenen Schnittes. Im Bild handelt es sich um den ''Goldenen Winkel'' von etwa&nbsp;137,5°. Die so entstehenden Strukturen korrespondieren mit der [[Fibonacci-Folge]] und werden auch als [[selbstähnlich]] bezeichnet: Hierbei findet sich das Muster der tieferen oder innersten Strukturebene in den höheren Ebenen wieder.
| linkpos = prefix
Beispiele sind die [[Sonnenblume]],<ref name="AB3">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;123.</ref> [[Kohl]]arten, [[Kiefern]]nadeln an jungen Ästen, [[Zapfen (Botanik)|Zapfen]],<ref name="BeutelspacherPetri128">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;128.</ref> [[Agave]]n, viele [[Palmengewächse|Palmen-]] und [[Palmlilien|Yuccaarten]] sowie die Blütenblätter der [[Rosen|Rose]], um nur einige zu nennen.
| inline = 1
 
}}
Ursache ist das Bestreben dieser Pflanzen – aber auch sehr vieler weiterer Organismen – ihre Strukturen robust, ökonomisch und ästhetisch ansprechend zu gestalten.<ref>{{Internetquelle |autor=Florian Freistetter |url=https://www.spektrum.de/kolumne/die-irrationalste-aller-zahlen/1430636 |titel=Die irrationalste aller Zahlen |werk=Spektrum |abruf=2024-06-14}}</ref> Dies ist der Fall bei den auf entsprechend proportionierte Blüten bevorzugt reagierenden Insekten; jedoch ist bekannt, dass [[Ästhetik|Schönheit]] im Sinne des Goldenen Schnitts auch beim Menschen ein Merkmal der sexuellen Attraktion darstellt und das körperliche Leistungsvermögen unter vielseitiger Beanspruchung (evolutive [[Fitnessfunktion|Fitness]]) stark begünstigt. Vgl. [[Leonardo da Vinci]]s bekannte Skizze [[Vitruvianischer Mensch|eines Athleten]].
 
Es wird vermutet, dass das Genom der Lebewesen für die Knospungsfolge ihrer Gliedmaßen, Äste oder Blätter besondere [[Inhibitor|Wachstumshemmer (Inhibitoren)]] erzeugt, die vom Kernbereich des jeweiligen Organismus aus [[Diffusion|diffundieren]]. Dabei bilden sich in verschiedene Richtungen bestimmte [[Massenkonzentration|Konzentrationsgefälle]] aus. Das nächste Sinnesorgan oder das nächste Blatt entwickelt sich an einer Stelle des jeweils aktuellen Umfangs, an dem die Konzentration des Inhibitators minimal ist. (Anstelle der Wachstumshemmer werden auch andere Optionen diskutiert, z.&nbsp;B. die analoge Steuerung der Vorgänge durch Nährstoff-Konzentrationen.) So ergibt sich ein bestimmter Winkel zur vorangegangenen Knospung. Würde dieser Winkel den Vollkreis (Umfang) im Verhältnis einer [[Rationale Zahl|rationalen Zahl]] <math>\tfrac{m}{n}</math> teilen, dann würde etwa ein Blatt sehr bald in genau die gleiche Richtung wachsen wie dasjenige <math>n</math> Blätter zuvor. Die irrationalste von allen Zahlen ist nun aber gerade die Goldene Zahl (siehe oben).
 
Der Nutzen des Wachstums gemäß der Goldenen Zahl am Beispiel vieler Pflanzen besteht deswegen u.&nbsp;a. darin, dass auf diese Weise gelingt, das [[Sonnenlicht]] optimal zu nutzen, denn die maximale Irrationalität dieser Zahl führt zu einer Wachstumsordnung, bei der sich die Blattflächen so selten als überhaupt möglich den Zugang zum Licht gegenseitig versperren.<ref name="AB5">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;125.</ref> Ähnliches erwägte bereits Leonardo da Vinci. Weitere Annahmen beziehen sich auf die mechanische Stabilität der Strukturen (hier führt die maximale Irrationalität der Zahl zu einer Minimierung ggf. zerstörerisch wirkender [[Resonanz]]en) und auf die Effizienz des Transports der durch [[Photosynthese]] entstandenen [[Kohlenhydrate]] im [[Phloem]]teil der [[Leitbündel]] nach unten. Die Wurzeln von Pflanzen weisen den Goldenen Winkel weniger deutlich auf. Bei anderen Pflanzen wiederum treten Blattspiralen mit abweichenden Stellungswinkeln zutage. So wird bei manchen [[Kakteen]]arten ein Winkel von 99,5° beobachtet (der mit einer anderen Variante der Fibonacci-Folge korrespondiert als 137,5°). In [[Computersimulation]]en des Pflanzenwachstums lassen sich verschiedene Muster mittels gezielt ausgetauschter [[Diffusion]]skoeffizienten des Inhibitors provozieren.
 
[[Datei:Goldener Schnitt Fichtenzapfen.jpg|mini|Fichtenzapfen mit 5, 8 und 13 Fibonacci-Spiralen]]
 
Bei vielen nach dem Goldenen Schnitt organisierten Pflanzen bilden sich in diesem Zusammenhang sogenannte [[Fibonacci-Folge|Fibonacci-Spiralen]] aus. Spiralen dieser Art sind besonders gut zu erkennen, wenn der Blattabstand im Vergleich zum Umfang der Pflanzenachse besonders klein ist. Sie werden nicht von aufeinanderfolgenden Blättern gebildet, sondern von solchen im Abstand <math>n</math>, wobei <math>n</math> eine Fibonacci-Zahl ist. Solche Blätter befinden sich in enger Nachbarschaft, denn das <math>n</math>-Fache des Goldenen Winkels <math>2\pi - \tfrac{2 \pi}{\Phi} \approx 137{,}5^\circ</math> ist ungefähr ein Vielfaches von 360° wegen
 
: <math>n \cdot 360^\circ \cdot \left(1-\frac{1}{\Phi}\right) \approx n \cdot \left(1-\frac{m}{n}\right) \cdot 360^\circ = (n-m)\cdot 360^\circ = k\cdot 360^\circ</math>,
 
wobei <math>m</math> die nächstkleinere Fibonacci-Zahl zu <math>n</math> und <math>k</math> die nächstkleinere Fibonacci-Zahl zu <math>m</math> ist. Da jedes der Blätter zwischen diesen beiden zu einer anderen Spirale gehört, sind <math>n</math> Spiralen zu sehen. Ist <math>\tfrac{n}{m}</math> größer als <math>\Phi</math>, so ist das Verhältnis der beiden nächsten Fibonacci-Zahlen kleiner und umgekehrt. Daher sind in beide Richtungen Spiralen zu aufeinander folgenden Fibonaccizahlen zu sehen. Der Drehsinn der beiden Spiralentypen ist dem Zufall überlassen, sodass beide Möglichkeiten gleich häufig auftreten.
 
<div style="float:right;">[[Datei:Goldener Schnitt Bluetenstand Theorie.png|mini|Berechneter Blütenstand mit 1000 Früchten im Goldenen Winkel – Es stellen sich 13, 21, 34 und 55 Fibonacci-Spiralen ein.]]</div><div style="float:right;">[[Datei:Goldener Schnitt Bluetenstand Sonnenblume.jpg|mini|Sonnenblume mit 34 und 55 Fibonacci-Spiralen]]</div>
 
Besonders beeindruckend sind Fibonacci-Spiralen (die damit wiederum dem Goldenen Schnitt zugeordnet sind) in Blütenständen, wie bei Sonnenblumen.<ref name="AB3" /> Dort sitzen Blüten, aus denen später Früchte entstehen, auf der stark gestauchten, scheibenförmigen Blütenstandsachse dicht nebeneinander, wobei jede einzelne Blüte einem eigenen Kreis um den Mittelpunkt des Blütenstandes zugeordnet werden kann. Wachstumstechnisch aufeinander folgende Früchte liegen daher räumlich weit auseinander, während direkte Nachbarn wieder einen Abstand entsprechend einer Fibonacci-Zahl haben. Im äußeren Bereich von Sonnenblumen werden 34 und 55 Spiralen gezählt, bei größeren Exemplaren 55 und 89 oder sogar 89 und 144. Die Abweichung vom mathematischen Goldenen Winkel, die in diesem Fall nicht überschritten wird, beträgt weniger als 0,01 %.
 
Der Goldene Schnitt ist außerdem in radiärsymmetrischen fünfzähligen Blüten erkennbar wie bei der [[Glockenblume]], der [[Akelei]] und der (wilden) [[Hecken-Rose]]. Der Abstand der Spitzen von Blütenblättern nächster Nachbarn zu dem der übernächsten steht wie beim regelmäßigen Fünfeck üblich in seinem Verhältnis. Das betrifft ebenso [[Seesterne]] und andere Tiere mit fünfzähliger Symmetrie.<ref name="BeutelspacherPetri128" />
 
[[Datei:Efeublatt.jpg|mini|Goldener Schnitt im Efeublatt]]
 
Darüber hinaus wird der Goldene Schnitt im Verhältnis der Längen aufeinander folgender Stängelabschnitte mancher Pflanzen vermutet wie bei der [[Pappeln|Pappel]]. Im [[Efeu]]blatt stehen die Blattachsen ''a'' und ''b'' (siehe Abbildung) ungefähr im Verhältnis des Goldenen Schnittes. Diese Beispiele sind jedoch umstritten.
 
Noch im 19.&nbsp;Jahrhundert war die Ansicht weit verbreitet, dass der Goldene Schnitt ein göttliches Naturgesetz sei und in vielfacher Weise in den Proportionen des menschlichen Körpers realisiert wäre. So nahm Adolf Zeising in seinem Buch über die Proportionen des menschlichen Körpers<ref name="Zeising" /> an, dass der [[Bauchnabel|Nabel]] die Körpergröße im Verhältnis des Goldenen Schnittes teile, und der untere Abschnitt werde durch das [[Kniegelenk|Knie]] wiederum so geteilt. Ferner scheinen die Verhältnisse benachbarter Teile der Gliedmaßen wie bei Ober- und Unterarm sowie bei den Fingerknochen ungefähr in diesem Verhältnis zu stehen. Eine genaue Überprüfung ergibt jedoch Streuungen der Verhältnisse im 20-%-Bereich. Oft enthält auch die Definition, wie die Länge eines Körperteils exakt zu bestimmen sei, eine gewisse Portion Willkür. Ferner fehlt dieser These eine wissenschaftliche Grundlage. Es dominiert daher weitgehend die Ansicht, dass diese Beobachtungen lediglich die Folge gezielter Selektion von benachbarten Paaren aus einer Menge von beliebigen Größen sind.<ref name="AB7">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;130–133.</ref>
 
=== Bahnresonanzen ===
Seit langem ist bekannt, dass die Umlaufzeiten mancher [[Planet]]en und [[Mond des Sonnensystems|Monde]] in Verhältnis kleiner ganzer Zahlen stehen wie [[Jupiter (Planet)|Jupiter]] und [[Saturn (Planet)|Saturn]] mit <math>2:5</math> oder die Jupitermonde [[Io (Mond)|Io]], [[Ganymed (Mond)|Ganymed]] und [[Europa (Mond)|Europa]] mit <math>1:2:4</math>. Derartige [[Bahnresonanz]]en stabilisieren die Bahnen der Himmelskörper langfristig gegen kleinere Störungen. Erst 1964 wurde entdeckt, dass [[Noble Zahl|noble]] Verhältnisse, wie sie im Fall <math>1:\Phi</math> vorliegen würden, stabilisierend wirken können. Derartige Bahnen werden [[Kolmogorow-Arnold-Moser-Theorem|KAM]]-Bahnen genannt, wobei die drei Buchstaben für die Namen der Entdecker [[Andrei Nikolajewitsch Kolmogorow|Andrei Kolmogorow]], [[Vladimir Igorevich Arnold|V.&nbsp;I. Arnold]] und [[Jürgen Moser (Mathematiker)|Jürgen Moser]] stehen.<ref>Siehe Dvorak/Freistetter/Kurths: ''Chaos and stability in planetary systems.'' (Springer Lecture Notes in Physics, 2006), S.&nbsp;118–121 und den Wikipedia-Artikel über [[noble Zahl|noble Zahlen]].</ref><ref>Remo Badii, A. Politi: ''Complexity: Hierarchical Structures and Scaling in Physics.'' Cambridge University Press, 1999, ISBN 0-521-66385-7, S.&nbsp;46 ({{Google Buch |BuchID=u0L6B4VmVCUC |Seite=46 |Linktext=Auszug (Google) |KeinText=ja}}).</ref>
 
Die [[Cassini-Teilung]]en in den [[Saturnring]]en zeigen, was passiert, wenn statt nobler Zahlen einfache rationale Zahlen vorherrschen: Die Gesteins- und Eisteilchen, aus denen die Ringe bestehen und deren Umlaufperioden in einem einfachen rationalen Verhältnis zu den Perioden der Saturnmonde stehen, werden durch die Resonanzeffekte zwischen den entsprechenden Umlaufperioden einfach aus ihrer Bahn geworfen. In der Tat hängt die Stabilität des Sonnensystems davon ab, dass zumindest einige der Bahnperiodenverhältnisse nobel sind.<ref>Manfred Schroeder: ''Number Theory in Science and Communication.'' 5.&nbsp;Auflage. Springer, S.&nbsp;80.</ref>
 
=== Schwarze Löcher ===
Kontrahierbare kosmische Objekte ohne feste Oberfläche, wie [[Schwarzes Loch|Schwarze Löcher]] oder die [[Sonne]], haben aufgrund ihrer Eigengravitation die paradoxe Eigenschaft, heißer zu werden, wenn sie Wärme abstrahlen (negative [[Wärmekapazität]]). Bei rotierenden Schwarzen Löchern findet ab einem kritischen [[Drehimpuls]] ein Umschlag von negativer zu positiver Wärmekapazität statt, wobei dieser [[Tipping-Point]] von der [[Masse (Physik)|Masse]] des Schwarzen Loches abhängt. In einer <math>d</math>-dimensionalen [[Raumzeit]] kommt dabei eine [[Metrischer Raum|Metrik]] <math>\bigl(\begin{smallmatrix} d-3 & 1 \\ 1 & 0 \end{smallmatrix}\bigr)</math> ins Spiel, deren [[Eigenwert]]e <math>\Phi</math> für <math>d=4</math> sich als Nullstellen des charakteristischen Polynoms
: <math>\left|\begin{pmatrix} 1-\Phi & 1 \\ 1 & -\Phi \end{pmatrix}\right| = \Phi^2-\Phi-1</math>
ergeben.<ref>{{Internetquelle |autor=[[Marcus Chown]] |url=https://www.theguardian.com/science/2003/jan/16/science.research1 |titel=The golden rule – It links art, music and even architecture. Marcus Chown on an enigmatic number |hrsg=[[The Guardian]] |datum=2003-01-16 |abruf=2013-12-31}}</ref><ref>{{cite journal |last=Nieto |first=J. A. |date=2011-06-02 |arxiv=1106.1600 |title=A Link Between Black Holes and the Golden Ratio |language=en |journal=Cornell University}}</ref>
 
=== Kristallstrukturen ===
==== Quasikristalle ====
Der Goldene Schnitt tritt bei den Quasikristallen der [[Festkörperphysik]] in Erscheinung, die 1984 von [[Dan Shechtman]] und seinen Kollegen entdeckt wurden.<ref>{{Literatur |Autor=D. Shechtman, I. Blech, D. Gratias, J.&nbsp;W. Cahn |Titel=Metallic phase with long range orientational order and no translation symmetry |Sammelwerk=Physical Review Letters |Band=53(20) |Datum=1984 |Seiten=1951–1954 |Sprache=en |Online=http://users.physik.fu-berlin.de/~kleinert/icosahedral/shechtman.pdf |Format=PDF |KBytes=}}</ref> Dabei handelt es sich um Strukturen mit fünfzähliger [[Symmetrie (Geometrie)|Symmetrie]], aus denen sich aber, wie bereits Kepler erkannte, keine streng periodischen [[Kristallgitter]] aufbauen lassen, wie dies bei [[Kristall]]en üblich ist. Entsprechend groß war die Überraschung, als bei [[Röntgenstrukturanalyse]]n [[Beugungsbild]]er mit fünfzähliger Symmetrie gefunden wurden. Diese Quasikristalle bestehen strukturell aus zwei verschiedenen [[Rhomboeder|rhomboedrischen]] Grundbausteinen, mit denen der Raum zwar lückenlos, jedoch ohne globale Periodizität gefüllt werden kann ([[Penrose-Parkettierung]]). Beide Rhomboeder setzten sich aus den gleichen [[raute]]nförmigen Seitenflächen zusammen, die jedoch unterschiedlich orientiert sind. Die Form dieser Rauten lässt sich nun dadurch definieren, dass ihre Diagonalen im Verhältnis des Goldenen Schnittes stehen. Für die Entdeckung von Quasikristallen wurde Shechtman 2011 der [[Nobelpreis für Chemie]] verliehen.<ref name="Shechtman" />
 
==== Kobalt-Niobat ====
Im atomaren Aufbau des Kristalls aus Kobalt-Niobat entdeckten Forscher des [[Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie|Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie]] (HZB) Symmetrieeigenschaften erstmals in fester Materie, die auch den Goldenen Schnitt kennzeichnen (veröffentlicht in der Zeitschrift [[Science]], Januar 2010). Für Untersuchungen der Quanteneigenschaften, sprich Verhalten atomarer Teilchen in der Quantenwelt nach [[Werner Heisenberg|Heisenbergs]] [[Heisenbergsche Unschärferelation|Unschärferelation]], findet Kobalt-Niobat Verwendung. Ausschlaggebend dafür sind insbesondere, die ''auf besondere Weise angeordneten'' atomaren Bestandteile sowie die magnetischen Eigenschaften des Kristalls. Dies bedeutet, hervorgerufen durch den im Elektron vorhandenen Eigenimpuls ([[Spin]]), bilden in diesem Kristall die aneinandergereihten Atome eine sogenannte Spinkette mit der Wirkung eines dünnen Stabmagnets. Wirkt nun ein Magnetfeld rechtwinklig auf die Spinkette, geht sie in einen neuen Zustand über. Physiker stellen sich diesen Zustand als [[fraktal]]es Muster vor.
 
Als die Forscher dies als Modell für die Untersuchung des [[Magnetismus#Magnetismus von Festkörpern|Festkörpermagnetismus]] nutzten, machten sie eine überraschende Entdeckung: Die Wechselwirkung, die benachbarte Spinketten miteinander eingehen, entspricht der Schwingung einer Gitarrensaite, deren ersten beiden [[Resonanzfrequenz]]en im Verhältnis <math>1{,}618\ldots</math>, zueinander stehen. „Was genau dem Goldenen Schnitt entspricht“, so Radu Coldea, Leiter des über zehn Jahre laufenden internationalen Projektes.<ref name="Wheeler">{{Internetquelle |autor=Elisa Wheeler |url=https://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_datei?did=4062 |titel=Den Goldenen Schnitt gibt es auch in der Quantenwelt |titelerg=Verborgene Symmetrie im Strukturaufbau von fester Materie nachgewiesen |hrsg=[[Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie|Helmholtz-Zentrum Berlin]] |datum=2010-07-01 |seiten=1–2 |abruf=2022-12-06}}</ref>


== Vergleich mit anderen prominenten Seitenverhältnissen ==
== Vergleich mit anderen prominenten Seitenverhältnissen ==
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== Anwendung in Technik und Mathematik ==
== Anwendung in Technik und Mathematik ==
 
{{Schaufenster
=== Der Goldene Zirkel (Reduktionszirkel) ===
| Seite = Goldener Schnitt/Anwendung in Technik und Mathematik
{{Hauptartikel|Reduktionszirkel}}
| Marke = Anwendung in Technik und Mathematik
 
| modus = ignorieren
Anstatt stets neu konstruieren zu müssen, wurde im 19.&nbsp;Jahrhundert von Künstlern und Handwerkern ein ''Goldener Zirkel''&nbsp;– ein auf das Goldene Verhältnis eingestellter Reduktionszirkel&nbsp;– benutzt. Insbesondere im Schreinerhandwerk kam ein ähnliches Instrument in Form eines [[Pantograf|Storchschnabels]] zur Anwendung.<ref name="AB14">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;26–29.</ref> Bereits in der Antike fand der Reduktionszirkel Verwendung, dies zeigt z.&nbsp;B. der Fund eines Vorläufers bei den Ausgrabungen in [[Pompeji]].<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;26.</ref> Solche Zirkel, wie die im Folgenden näher beschriebenen Beispiele, werden auch heute noch hergestellt. Die einfachste Ausführung besteht nur aus zwei Stäben – in moderner Bauweise zusätzlich mit vier Nadeln – deren Drehpunkt sie im Goldenen Schnitt teilt.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;27, Bild 1.11, Fig. 7.</ref>
| link = 1
 
| linkpos = prefix
Für die Lage des Drehpunktes gilt:
| inline = 1
: <math>|\overline{\mathrm{AE}}|:|\overline{\mathrm{CE}}| = |\overline{\mathrm{AC}}|:|\overline{\mathrm{AE}}|=\Phi</math>.
}}
 
<gallery mode="packed" heights="250">
01 Goldener Zirkel-2 Stäbe.svg|alt=|Lage des Drehpunktes
01 Goldener Zirkel-2 Stäbe-1.svg|alt=|[[#Innere Teilung|Innere Teilung]]
01 Goldener Zirkel-2 Stäbe-2.svg|alt=|[[#Äußere Teilung|Äußere Teilung]]
</gallery>
Mithilfe eines solchen Reduktionszirkels gelingt die Teilung einer gegebenen Streckenlänge <math>{|\overline{\mathrm{AB}}|}</math> in <math>C</math> (innere Teilung) sowie die Verlängerung einer Strecke <math>{|\overline{\mathrm{AB}}|}</math> um die Länge <math>b</math> (äußere Teilung). Punkt <math>B</math> teilt die Streckenlänge <math>{|\overline{\mathrm{AC}}|}</math> im Goldenen Schnitt.
 
<div style="float:right;">[[Datei:01 Goldener-Schnitt Goldener-Zirkel.gif|rahmenlos|hochkant=1.35]]</div><div style="float:right;">[[Datei:GoldenerZirkel.jpg|rahmenlos|rechts|hochkant=0.68]]</div>
 
Der von Adalbert Göringer im Jahre 1893 erfundene Reduktions- bzw. Proportionalzirkel&nbsp;– dargestellt in den nebenstehenden Bildern&nbsp;– ist eine Weiterentwicklung.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;27, Bild 1.11, Fig. 6.</ref> Um als Werkzeug für die innere und äußere Teilung dienen zu können, müssen die Bauteile des Reduktionszirkels ebenfalls die Teilung nach dem Goldenen Schnitt beinhalten.
 
Wenn
: <math>|\overline{\mathrm{AE}}|:|\overline{\mathrm{DE}}| = |\overline{\mathrm{AD}}|:|\overline{\mathrm{AE}}| = |\overline{\mathrm{BG}}|:|\overline{\mathrm{DG}}| = |\overline{\mathrm{BD}}|:|\overline{\mathrm{BG}}| = |\overline{\mathrm{FG}}|:|\overline{\mathrm{CF}}| = |\overline{\mathrm{CG}}|:|\overline{\mathrm{FG}}|</math>,
 
dann gilt:
: <math>|\overline{\mathrm{BC}}|:|\overline{\mathrm{AC}}| = |\overline{\mathrm{AB}}|:|\overline{\mathrm{BC}}|=\Phi</math>.
 
=== Rechteck mit einbeschriebenem Dreieck ===
[[Datei:Goldener Schnitt Dreieck im Rechteck.svg|mini|hochkant=1.2|Goldener Schnitt im Rechteck mit einbeschriebenem Dreieck]]
 
{{Zitat
|Text=Man beschreibe in ein gegebenes Rechteck ein Dreieck (das mit dem Rechteck eine Ecke gemeinsam hat) so ein, daß die drei dabei entstehenden Dreiecke die gleiche Fläche haben.
|Autor=A. Beutelspacher, B. Petri
|Quelle=Der Goldene Schnitt
|ref=<ref name="A.Beutelspacher" />}}
'''Hinweis''': In gewisser Analogie zur [[Quadratur des Quadrates]] verwendet [[Heinrich Hemme]] den Begriff der ''Triangulation des Rechtecks''.<ref>Heinrich Hemme: ''Triangulation des Rechtecks''. [[Spektrum.de]] vom 6. November 2016, abgerufen am 20. Dezember 2024</ref>
 
Die Flächengleichheit bedeutet, dass <math>\frac{a(c+d)}{2}=\frac{bd}{2}=\frac{c(a+b)}{2}</math> gilt.
 
Aus der Gleichheit des ersten und zweiten Terms folgt <math>a=\frac{bd}{c+d}</math>&nbsp;''(1)'' und aus der Gleichheit des ersten und dritten Terms <math>a=\frac{bc}{d}</math>&nbsp;''(2)''.
 
Aus ''(1)'' und ''(2)'' ergibt sich:
: <math>d^2=c(c+d)\Leftrightarrow\left(\frac{d}{c}\right)^2-\left(\frac{d}{c}\right)-1=0\Leftrightarrow\frac{d}{c}=\Phi</math>.
Wegen
: <math>a=\frac{bc}{d}\Leftrightarrow\frac{b}{a}=\frac{d}{c}</math>
gilt dann auch:<ref name="A.Beutelspacher">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt'', zweite, überarbeitete und erweiterte Auflage, [[Spektrum Akademischer Verlag]], Heidelberg/Berlin/Oxford 1996, ISBN 978-3-8154-2511-4, Seite&nbsp;71.</ref>
: <math>\frac{b}{a}=\Phi</math>
 
=== Gleichschenkliges Dreieck, gegebene Strecke teilt gesuchten Schenkel im Goldenen Schnitt ===
[[Datei:01 Goldener Schnitt-J. Wentzel Kaschuben-1717.svg|mini|hochkant=1.5|Kaschube nutzte 1717 das geometrische Mittel<br />(<math>|\mathrm{\overline{GI}}|</math> von <math>|\mathrm{\overline{BG}}|</math> und <math>|\mathrm{\overline{AB}}|</math>) sowie „diesen Schnitt den goldenen“<ref name="Kaschube" /> als Konstruktionselement.<br /><math>|\mathrm{\overline{KA}|\;:\;|\overline{AM}| = |\overline{BE}|\; :\;|\overline{EA}| = |\overline{KF}|\;:\; |\overline{FB}}|</math>]]
 
Von M. Johann Wentzel Kaschube stammt die im Folgenden beschriebene und im Anschluss konstruktiv dargestellte geometrische Aufgabe aus dem Jahr 1717.
 
{{Zitat
|Text=§.34. Einen gleichschencklichten <math>\Delta</math>, in welchem der auf einem Schenckel stehende perpendicul <math>\mathrm{AB} = a</math> gegeben, so den Schenckel <math>\mathrm{KM}</math> selbst in <math>\mathrm{A}</math> auf solche Arth schneidet, wie er von den übrigen perpend. Linien in <math>\mathrm{E}</math> geschnitten wird, kan auf folgende Weise gefunden werden. […]
|Autor=M. Johann Wentzel Kaschube<!-- beachte Beitrag auf Artikel-Diskussionsseite vom 11.04.2023: „M. Johann Wentzel Kaschuben, Cvrsvs mathematicvs“ -->
|Quelle=Cursus mathematicus, oder Deutlicher Begrief der Mathematischen Wissenschaften
|ref=<ref>{{Literatur |Autor=M. Johann Wentzel Kaschube |Titel=Cursus mathematicus, Oder Deutlicher Begrief Der Mathematischen Wissenschaften |Verlag=Johann Felix Bielcke |Ort=Jena |Datum=1717 |Seiten=564 |Online={{Google Buch |BuchID=pro2AAAAMAAJ |Seite=564 |Linktext=Digitalisat [Google] |KeinText=ja}}}}</ref>}}
 
Gesucht ist also ein gleichschenkliges Dreieck, in dem eine gegebene Strecke <math>\mathrm{\overline{AB}}</math> sowie ein Schenkel des Dreiecks zueinander [[Orthogonalität|orthogonal]] sind und der Punkt <math>\mathrm{A}</math> diesen Schenkel im Verhältnis des Goldenen Schnitts teilt.
 
'''Konstruktionsbeschreibung'''<br />
(Angelehnt an die Beschreibung des Originals, die darin erwähnte Fig.&nbsp;7 ist auf Tab.&nbsp;I Alg. Fig.&nbsp;8)<ref>{{Literatur |Autor=M. Johann Wentzel Kaschube |Titel=Cursus mathematicus, Oder Deutlicher Begrief Der Mathematischen Wissenschaften |Verlag=Johann Felix Bielcke |Ort=Jena |Datum=1717 |Seiten=539 |Kommentar=Tab.&nbsp;I Alg. |Online={{Google Buch |BuchID=pro2AAAAMAAJ |Seite=539 |Linktext=Digitalisat [Google] |KeinText=ja}}}}</ref>
 
Zuerst wird die Strecke <math>\mathrm{\overline{AB}}</math> mit der frei wählbaren [[Länge (Mathematik)|Länge]] <math>a</math> senkrecht auf die [[Gerade]] <math>g</math> errichtet. Es folgt das rechtwinklige Dreieck <math>\mathrm{ABC}</math>, in dem die Seite <math>\mathrm{\overline{AC}}</math> mit Länge <math>\tfrac{a}{2}</math> auf der Geraden <math>\mathrm{g}</math> liegt. Der Kreisbogen um <math>\mathrm{C}</math> mit Radius <math>|\mathrm{\overline{AC}}|</math> ergibt [[Schnittpunkt]] <math>\mathrm{D}</math>, der Kreisbogen um <math>\mathrm{B}</math> mit Radius <math>|\mathrm{\overline{BD}}|</math> teilt in <math>\mathrm{E}</math> die Seite <math>\mathrm{\overline{AB}}</math> im Goldenen Schnitt. Ziehe einen Kreis um <math>\mathrm{E}</math> mit Radius <math>\mathrm{\overline{EA}}</math>, ergibt Schnittpunkt <math>\mathrm{G}</math> und einen Kreisbogen um <math>\mathrm{E}</math> mit Radius <math>|\mathrm{\overline{EB}}|</math>. Nun errichte eine Senkrechte auf <math>\mathrm{\overline{AB}}</math> ab <math>\mathrm{G}</math> bis sie den Kreisbogen in <math>\mathrm{I}</math> schneidet. Mit <math>\mathrm{\overline{GI}}</math> ist das [[Geometrisches Mittel|geometrische Mittel]] der beiden Streckenlängen <math>|\mathrm{\overline{BG}}|</math> und <math>|\mathrm{\overline{AB}}|</math> bestimmt. Ein Kreisbogen um <math>\mathrm{B}</math> mit Radius <math>|\mathrm{\overline{GI}}|</math> schneidet den Kreis um <math>\mathrm{E}</math> in <math>\mathrm{F}</math>, und dabei ergibt sich das rechtwinklige Dreieck <math>\mathrm{EBF}</math>. Abschließend wird die Strecke <math>\mathrm{\overline{BF}}</math> bis auf die Gerade <math>\mathrm{g}</math> verlängert und um den soeben entstandenen Schnittpunkt <math>\mathrm{K}</math> ein Kreisbogen mit Radius <math>|\mathrm{\overline{KB}}|</math> gezogen, bis er die Gerade <math>\mathrm{g}</math> in <math>\mathrm{M}</math> schneidet.
 
Im somit gefundenen gleichschenkligen Dreieck <math>\mathrm{KMB}</math> teilt der Punkt <math>\mathrm{A}</math> der Senkrechten <math>\mathrm{\overline{AB}}</math> den Schenkel <math>\mathrm{\overline{KM}}</math> im Goldenen Schnitt.
: <math>|\mathrm{\overline{KA}}|\;:\; |\mathrm{\overline{AM}}| = |\mathrm{\overline{BE}}|\; :\;|\mathrm{\overline{EA}}| = |\mathrm{\overline{KF}}|\;:\; |\mathrm{\overline{FB}}|</math>
 
=== Kreispackungen ===
Bestimmte [[Kreispackung]]en im Rechteck weisen Zusammenhänge mit dem Goldenen Schnitt auf. Hierzu wird eine aus fünf Kreisen bestehende Kreispackung betrachtet (''Figur 1''):
* a sei der Radius des grünen Kreises,
* die beiden roten Kreise haben jeweils den Radius 1,
* die beiden blauen Kreise haben jeweils den Radius b,
* c sei der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des linken roten und des mittleren grünen Kreises (''Figur 2'').
 
Für a, b und c erhält man das nicht-lineare [[Gleichung]]ssystem:
: <math>a+2b=1</math>
: <math>c=a+1</math>
: <math>c^2+(a+b)^2=(1+b)^2</math>
mit der Lösung
: <math>a=\sqrt{5}-2</math>
: <math>b=\frac{3-\sqrt{5}}{2}</math>
: <math>c=\sqrt{5}-1</math>.
Aus dieser Lösung resultieren drei [[Goldenes Rechteck|Goldene Rechtecke]] innerhalb der gegebenen Kreispackung:
* Rechteck 1 hat die Seitenlängen 2 und c und ist wegen <math>\frac{2}{c}=\Phi</math> ein Goldenes Rechteck (''Figur 3'').
* Rechteck 2 hat die Seitenlängen c und 2b und ist wegen <math>\frac{c}{2b}=\Phi</math> ein Goldenes Rechteck (''Figur 4'').
* Rechteck 3 hat die Seitenlängen 2a+2b und 2b und ist wegen <math>\frac{2a+2b}{2b}=\Phi</math> ein Goldenes Rechteck (''Figur 5'').<ref>Hans Walser: [https://walser-h-m.ch/hans/Miniaturen/K/Kreispackung/Kreispackung.pdf ''Kreispackung.''] Miniaturen von Hans Walser, abgerufen am 7. Januar 2025.</ref><ref>Hans Walser: ''Der Goldene Schnitt.'' (Mit einem Beitrag von [[Hans Wußing]]). 6., bearbeitete und erweiterte Auflage. Edition am Gutenbergplatz, Leipzig 2013, ISBN 978-3-937219-85-1.</ref>
 
<gallery mode="packed" heights="100">
Circle packing in a rectangle 1.svg|''Figur 1''
Circle packing in a rectangle 2.svg|''Figur 2''
Circle packing with Golden Rectangle 1.svg|''Figur 3''
Circle packing with Golden Rectangle 2.svg|''Figur 4''
Circle packing with Golden Rectangle 3.svg|''Figur 5''
</gallery>
 
=== Schnittpunkte von Funktionsgraphen ===
Wie die nachfolgenden illustrierten Beispiele zeigen, sind in manchen Fällen Merkmale des Goldenen Schnitts erkennbar, wenn zwei Funktionsgraphen sich schneiden.
* Die Parabel mit der Gleichung <math>y=x^2-1</math> schneidet die Ursprungsgerade mit der Gleichung <math>y=x</math> in den Punkten <math>\left( \Phi | \Phi \right)</math> und <math>\left( -\frac{1}{\Phi} | -\frac{1}{\Phi} \right)</math> (''Figur 1'').
* Die Hyperbel mit der Gleichung <math>y=1+\frac{1}{x}</math> schneidet die Ursprungsgerade mit der Gleichung <math>y=x</math> ebenfalls in den Punkten <math>\left( \Phi | \Phi \right)</math> und <math>\left( -\frac{1}{\Phi} | -\frac{1}{\Phi} \right)</math> (''Figur 2'').
* Die Hyperbel mit der Gleichung <math>y=1+\frac{1}{x}</math> schneidet die Parabel mit der Gleichung <math>y=x^2-1</math> in den Punkten <math>\left( \Phi | \Phi \right)</math>, <math>\left( -\frac{1}{\Phi} | -\frac{1}{\Phi} \right)</math> und <math>\left(-1|0\right)</math> (''Figur 3'').<ref>Hans Walser: ''Der Goldene Schnitt - Geometrische und zahlentheoretische Betrachtungen'', 7., überarbeitete und erweiterte Auflage, [[Springer Spektrum]], [[Berlin]] 2023, ISBN 978-3-662-68556-3, Seiten 127 und 128</ref>
&nbsp;
<gallery mode="packed" heights="200">
Goldener Schnitt Gerade Parabel.svg|''Figur 1''
Goldener Schnitt Gerade Hyperbel.svg|''Figur 2''
Goldener Schnitt Hyperbel Parabel.svg|''Figur 3''
</gallery>
 
=== Dreiecksfraktal ===
{{Hauptartikel|Fraktal}}
[[Datei:01 Goldener Schnitt-Dreiecksfraktale.gif|mini|hochkant=1.5|Dreiecksfraktal, Animation (am Ende mit 15&nbsp;s Pause)]]
 
Ab 1975 sind in der Mathematik die unterschiedlichsten Fraktale entwickelt worden.
 
Das folgende Fraktal&nbsp;– mit sieben [[Iteration]]sschritten&nbsp;– verwendet ein gleichseitiges Dreieck als Ausgangsform. An seinen Ecken wird ein Dreieck mit einem bestimmten Verkleinerungsfaktor <math>\mathrm{f}\;\left(\mathrm{0<f<1}\right) </math><ref name="Beutelspacher" /> Spitze an Spitze angehängt. Der Verkleinerungsfaktor <math>\mathrm{f}</math> wird so gewählt, dass das Verhältnis der Seitenlängen zueinander dem Teilungsverhältnis <math>\Phi</math> des Goldenen Schnittes entspricht.
 
Fraktale werden meist mithilfe eines Computers erstellt. Dieses zweidimensionale Dreiecksfraktal ist&nbsp;– mit entsprechendem Aufwand&nbsp;– auch als [[Konstruktion mit Zirkel und Lineal#Potenzieren|Konstruktion mit Zirkel und Lineal]] darstellbar.
 
==== Skizze ====
[[Datei:01 Goldener Schnitt-Dreiecksfraktal-Skizze.svg|mini|hochkant=1.5|Skizze zur Festlegung der Kriterien, siehe hierzu auch [[Konstruktion mit Zirkel und Lineal#Potenzieren|Dreiecksfraktal, Potenzieren der Länge <math>\mathrm{f}</math>]]]]
 
Anhand der nebenstehenden Skizze wird der Verkleinerungsfaktor <math>\mathrm{f}</math>, die gewünschte Anzahl der Äste (Dreiecke) und somit auch der Abstand der letzten Äste zueinander grafisch bestimmt.<ref name="Beutelspacher" />
 
Es beginnt mit der Konstruktion eines gleichseitigen Dreiecks mit der Seitenlänge gleich <math>\mathrm{2}</math>. Halbiert man nun dessen beide Schenkel und zieht die Gerade <math>\mathrm{g}</math> durch die soeben erhaltenen Mittelpunkte, ergibt sich das gleichseitige (grüne) Ausgangsdreieck des Fraktals mit Seitenlänge gleich <math>\mathrm{1}</math>. Es folgen zwei Verbindungslinien, jeweils ab dem Mittelpunkt der Schenkel bis zur gegenüberliegenden Ecke des Dreiecks. Sie schneiden sich im Mittelpunkt des Umkreises des großen Dreiecks. Beim Ziehen des Umkreises ergibt sich, mittels der Schnittpunkte auf der Geraden <math>\mathrm{g}</math>, der gesuchte Verkleinerungsfaktor <math>\mathrm{f}</math> links und rechts vom Ausgangsdreieck.
 
==== Nachweis des Verkleinerungsfaktors f ====
[[Datei:01 Goldener Schnitt-Dreiecksfraktal-Gleichung.svg|mini|hochkant=1.5|Graph der kubischen Gleichung]]
 
Die oben beschriebenen Konstruktionsschritte gleichen denen der ''Konstruktion nach Odom''.
 
Somit gilt in diesem Fall:
: <math>\frac{1}\mathrm{f}=\frac\mathrm{1+f}{1}=\Phi</math>
daraus folgt
: <math>\mathrm f=\Phi-1 = \frac{1}{\Phi} = 0{,}6180339887\ldots</math>
Die in der Skizze mit gepunkteten Linien angedeutete Konstruktion zeigt: Die Seitenlängen (Kreisradien) für die nachfolgenden, noch gut im Fraktal erkennbaren Dreiecke, ergeben sich, indem man für das nächste Dreieck den [[Potenz (Mathematik)|Exponent]] des Verkleinerungsfaktors <math>\mathrm{f}</math> um <math>\mathrm{1}</math> erhöht:
: <math>\mathrm{f^2,\;f^3,\;f^4,\;f^5,\;f^6,\;f^7}\ldots</math>
Beutelspacher ermittelte in ''Der Goldene Schnitt'' den Wert des Abstandes, bei dem sich die entgegenkommenden Äste im Grenzfall berühren, letztendlich aus der [[Kubische Gleichung|kubischen Gleichung]] (siehe nebenstehendes Bild)
: <math>\mathrm{f^3}+2\mathrm{f^2}-1=0</math>;
deren einzige positiven Lösung ist
: <math>\mathrm f=\frac{1}{\Phi}</math>.
Somit ist aufgezeigt: <math>\mathrm{f}</math> ist nicht nur der Wert des Verkleinerungsfaktors, sondern auch der Wert des Abstandes, bei dem sich im Grenzfall die einzelnen Äste berühren, sprich gerade noch nicht überlappen.<ref name="Beutelspacher">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;74–76.</ref>
 
=== Papier- und Bildformate ===
Im [[Buchdruck]] wurde gelegentlich die Nutzfläche einer Seite, der sogenannte [[Satzspiegel]], so positioniert, dass das Verhältnis von Bundsteg zu Kopfsteg zu Außensteg zu Fußsteg sich wie <math>2:3:5:8</math> verhielt. Diese Wahl von Fibonacci-Zahlen approximiert den Goldenen Schnitt. Eine solche Gestaltung wird auch weiterhin in Teilen der Fachliteratur zum Buchdruck empfohlen.<ref name="AB13">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;158–160.</ref>


== Anwendung in der bildenden Kunst ==
== Anwendung in der bildenden Kunst ==
{{Hauptartikel|Goldener Schnitt in der Kunst}}
{{Schaufenster
Seit dem 19.&nbsp;Jahrhundert wurde der Goldene Schnitt zunächst in der ästhetischen Theorie ([[Adolf Zeising]]) und dann auch in künstlerischer, architektonischer und kunsthandwerklicher Praxis als ein ideales Prinzip ästhetischer Proportionierung bewertet. Er soll besonders angenehm, ansprechend, ausgewogen, harmonisch und schön wirken. Es gibt allerdings keinen empirischen Beleg für eine besondere ästhetische Wirkung, die von Proportionen des Goldenen Schnittes ausgeht.<ref>{{Literatur |Autor=[[Gábor Paál]] |Titel=Was ist schön? Die Ästhetik in allem |Verlag=Königshausen & Neumann |Datum=2020 |ISBN=978-3-8260-7104-1 |Seiten=304}}</ref> Schon der Begründer der empirischen Ästhetik, [[Gustav Theodor Fechner]], stellte aufgrund eigener Experimente fest: „Hiernach kann ich nicht umhin, den ästhetischen Wert des Goldenen Schnittes&nbsp;… überschätzt zu finden.“<ref>{{Internetquelle |autor=[[Gustav Theodor Fechner]] |url=https://ia800903.us.archive.org/35/items/vorschulederaest12fechuoft/vorschulederaest12fechuoft.pdf#page=206&zoom=auto,-56,597 |titel=Vorschule der Ästhetik |titelerg=XIV. […] Experimentale Aesthetik. Goldner Schnitt und Quadrat |hrsg=Breitkopf & Härtel |datum=1876 |seiten=192 |format=PDF |abruf=2022-10-03}}</ref>
| Seite = Goldener Schnitt/Anwendung in der bildenden Kunst
 
| Marke = Anwendung in der bildenden Kunst
=== Architektur ===
| modus = ignorieren
{{Hauptartikel|Proportion (Architektur)}}
| link = 1
[[Datei:Notre Dame Paris Goldener Schnitt.png|mini|Goldenes Dreieck und Goldenes Rechteck in der Fassade der Kathedrale Notre-Dame de Paris]]
| linkpos = prefix
[[Datei:01-Altes-Rathaus-in-Leipzig-im goldener Schnitt.png|mini|hochkant=1.8|Altes Leipziger Rathaus nach dem Umbau 1909; die Mitte des Haupttores schneidet die Gehäusefront im Goldenen Schnitt.]]
| inline = 1
 
}}
Frühe Hinweise auf eine Verwendung des Goldenen Schnittes stammen aus der Architektur. Die Schriften des griechischen Geschichtsschreibers [[Herodot]] zur [[Cheops-Pyramide]] werden gelegentlich dahingehend ausgelegt, dass die Höhe der Seitenfläche zur Hälfte der Basiskante im Verhältnis des Goldenen Schnittes stünde.<ref name="AB8">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;136–137.</ref> Die entsprechende Textstelle ist allerdings interpretierbar. Andererseits wird die These vertreten, dass das Verhältnis <math>\text{2 : }\pi</math> für Pyramidenhöhe zu Basiskante die tatsächlichen Maße noch besser widerspiegele. Der Unterschied zwischen beiden vertretenen Thesen beträgt zwar lediglich 3,0 %, ein absoluter Beweis zugunsten der einen oder anderen These ist demzufolge damit aber nicht verbunden.
 
Viele Werke der griechischen Antike werden als Beispiele für die Verwendung des Goldenen Schnittes angesehen wie die Vorderfront des 447–432 v.&nbsp;Chr. unter [[Perikles]] erbauten [[Parthenon]]-Tempels auf der [[Akropolis (Athen)|Athener Akropolis]].<ref name="AB9">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;138.</ref> Da zu diesen Werken keine Pläne überliefert sind, ist nicht bekannt, ob diese Proportionen bewusst oder intuitiv gewählt wurden. In späteren Epochen sind mögliche Beispiele für den Goldenen Schnitt zu finden, wie der [[Dom zu Florenz|Dom von Florenz]],<ref name="AB10">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;138–141.</ref> [[Kathedrale Notre-Dame de Paris|Notre-Dame]] in Paris,<ref>[https://www.hs-augsburg.de/homes/brownfox/ Website der Hochschule Augsburg,] [[Thesenpapier]] zur [[Typografie|Makro-Typografie]] ''Proportionen und Formate'' von Prof. Michael Wörgötter, Fakultät für Gestaltung ([https://www.hs-augsburg.de/homes/brownfox/brownfox_dokumente/Typo_2/Makrotypo_PDF/1_Typo_Makro_Formate-Proportionen.pdf PDF-Download]).</ref><ref>Rik Verhulst: ''Im Banne der Mathematik – Die kulturellen Aspekte der Mathematik in Zivilisation, Kunst und Natur.'' Springer Spektrum, Springer-Verlag GmbH, Berlin 2019, ISBN 978-3-662-58797-3, S.&nbsp;307.</ref> der Pariser [[Eiffelturm]]<ref>Katharina Morgenstern: [https://www.epochtimes.de/wissen/geschichte/der-goldene-schnitt-was-steckt-hinter-der-schoenheitsformel-der-natur-a4134768.html?welcomeuser=1 ''Der Goldene Schnitt: Was steckt hinter der Schönheitsformel der Natur?''] In: ''[[Epoch Times|epochtimes.de.]]'' 31.&nbsp;Januar 2023, abgerufen am 16.&nbsp;Juni 2025.</ref> oder die [[Torhalle Lorsch|Torhalle]] in [[Lorsch]] aus dem Jahr 770.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage, 1996 Spektrum Akademischer Verlag, S.&nbsp;142–143.</ref> Auch in diesen Fällen ist die bewusste Anwendung des Goldenen Schnittes anhand der historischen Quellen nicht nachweisbar.
 
Es gibt demzufolge keinen empirisch gesicherten Nachweis für eine signifikant größere Häufigkeit des Goldenen Schnittes in diesen Epochen im Vergleich zu anderen Teilungsverhältnissen. Ebenso fehlen historische Belege für eine absichtliche Verwendung des Goldenen Schnittes.
 
Als ein Beispiel für eine Umsetzung des Goldenen Schnittes wird immer wieder das [[Altes Rathaus (Leipzig)#Das Alte Rathaus und der Goldene Schnitt|Alte Rathaus]] in [[Leipzig]], ein Renaissancebau aus den Jahren 1556/57, genannt.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;17.</ref> Wobei nicht die Mitte des Rathausturmes die Gehäusefront im Goldenen Schnitt teilt, sondern die dazu etwas versetzte Mitte des Haupttores. Gleichwohl gibt es bei genauer historischer Quellenforschung keinen Beleg dafür. Insbesondere gibt es keinen Beleg dafür, dass [[Hieronymus Lotter]] als der damalige Baumeister den Goldenen Schnitt bewusst als Konstruktionsprinzip verwendet hat: Alle originären Quellen verweisen lediglich auf einen gotischen Vorgängerbau, auf dessen Grundmauern Lotter das Rathaus errichtet hat. Dass der Goldene Schnitt hier eine Rolle gespielt habe, ist quellenhistorisch nicht belegbar.
 
Die erste quellenhistorisch gesicherte Verwendung des Goldenen Schnittes in der Architektur stammt aus dem 20.&nbsp;Jahrhundert: Der Architekt und Maler [[Le Corbusier]] (1887–1965) entwickelte ab 1940 ein Längen-[[Maßsystem]], dessen [[Maßeinheit]]en zueinander im Verhältnis des Goldenen Schnitts stehen. Die Werte der darin enthaltenen kleineren Maßeinheiten sind Durchschnitts-Maße am menschlichen Körper. Er veröffentlichte dieses 1949 in seiner Schrift ''[[Modulor|Der Modulor]],'' die zu den bedeutendsten Schriften der [[Architekturgeschichte]] und -theorie gezählt wird. Bereits 1934 wurde ihm für die Anwendung mathematischer Ordnungsprinzipien von der [[Universität Zürich]] der Titel ''[[doctor honoris causa]]'' der mathematischen Wissenschaften verliehen.<ref name="AB11">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;142–147.</ref> Für eine frühere Verwendung des Modulors ist dies jedoch aus den aufgezeigten Gründen kein Beleg.
 
=== Plastik und Malerei ===
Für die generelle These, dass der Goldene Schnitt als besonders ansprechend und harmonisch empfunden wird, gibt es keine gesicherten Belege und ist letztlich eine Frage der jeweils herrschenden Kunstauffassung. Viele [[Künstler]] setzten den Goldenen Schnitt bewusst ein, bei vielen Werken wurden Kunsthistoriker erst im Nachhinein fündig. Diese Befunde sind jedoch angesichts der Fülle von möglichen Strukturen, wie sie in einem reich strukturierten Gemälde zu finden sind, oft umstritten.<ref>{{Literatur |Autor=Mario Livio |Titel=The golden ratio: The story of phi, the world’s most astonishing number |Verlag=Broadway Books |Datum=2003 |ISBN=0-7679-0816-3 |Seiten=177–178}}</ref>
 
{{Mehrere Bilder
| Fußzeile    = Merkmale des Goldenen Schnitts
| Breite      = 151
| Bild1      = Mona Lisa Goldener Schnitt.png
| Untertitel1 = {{Anker|Mona Lisa 1}}''Abbildung 1''
| Bild2      = Mona Lisa Goldene Spirale.png
| Untertitel2 = {{Anker|Mona Lisa 2}}''Abbildung 2''
}}So werden zahlreichen [[Skulptur]]en griechischer [[Bildhauer]], wie der [[Apollo von Belvedere]], der [[Leochares]] (um 325&nbsp;v.&nbsp;Chr.) zugeschrieben wird, oder Werke von [[Phidias]] (5.&nbsp;Jahrhundert v.&nbsp;Chr.) als Beispiele für die Verwendung des Goldenen Schnittes angesehen. Auf letzteren bezieht sich die oft übliche Bezeichnung <math>\Phi</math> für den Goldenen Schnitt, die ungefähr 1909 von dem amerikanischen Mathematiker [[Mark Barr]] eingeführt wurde.<ref>Alfred Posamentier, Ingmar Lehmann: ''The Glorious Golden Ratio'', Prometheus Books, S.&nbsp;335.</ref> Die ebenfalls gelegentlich verwendete Bezeichnung <math>\tau</math> bezieht sich dagegen auf das griechische Wort {{lang|grc|τομή|tomé}} für „Schnitt“.<ref>{{Literatur |Autor=Mario Livio |Titel=The golden ratio: The story of phi, the world’s most astonishing number |Verlag=Broadway Books |Datum=2003 |ISBN=0-7679-0816-3 |Seiten=5}}</ref>
[[Datei:Goldener Schnitt Seurat Parade.png|mini|hochkant=1.4|Georges Seurat: ''Zirkusparade'' (''Parade de cirque''), 1887/1888.<ref name="Robert">Robert L. Herbert, Georges Seurat, 1859–1891, The Metropolitan Museum of Art, 1991, S.&nbsp;316.</ref> Die Linien zeigen ein goldenes Rechteck (gelb) und Einteilungslinien nach dem Goldenen Schnitt (blau und grün).]]
Der Goldene Schnitt wird in vielen Werken der Renaissance-Künstler vermutet, unter anderem bei [[Raffael]], [[Leonardo da Vinci]] und [[Albrecht Dürer]], bei Dürers Werken insbesondere in seinem Selbstbildnis von 1500 und seinem Kupferstich [[Melencolia I]] von 1514.<ref name="AB16">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;148–155.</ref>
 
Ein berühmtes Beispiel ist das Gemälde [[Mona Lisa]] von Leonardo da Vinci. Es weist Merkmale des Goldenen Schnitts auf und lässt mehrere [[Goldenes Dreieck (Geometrie)|Goldene Dreiecke]] sowie die [[Goldene Spirale]] erkennen. In [[#Mona Lisa 1|Abbildung&nbsp;1]] teilt der Punkt <math>\mathrm{M}</math> (Mona Lisas linkes Auge) die Strecken <math>\mathrm{\overline{DK}}</math> und <math>\mathrm{\overline{EL}}</math> im Goldenen Schnitt. Die Dreiecke <math>\mathrm{ABC}, \mathrm{DEF}, \mathrm{AFG}, \mathrm{FBH}, \mathrm{HGF}</math> und <math>\mathrm{GHC}</math> sind Goldene Dreiecke, da bei jedem dieser sechs Dreiecke [[Grundseite]] und [[Gleichschenkliges Dreieck|Schenkel]] im Verhältnis des Goldenen Schnitts zueinander stehen.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;157.</ref><ref>[https://www.math.uni-magdeburg.de/private/henning/vor_gold_schnitt_lange_nach_md_2006.pdf Herbert Henning, Christian Hartfeldt: ''Das Lächeln der Mona Lisa''] Fakultät für Mathematik der [[Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg]], PDF-Präsentation, Seite&nbsp;49 (aus dem Artikel: ''Vom Lächeln der Mona Lisa und der Schönheit einer Sonnenblume'' in: Der Mathematikunterricht, 53 (2007), Nr.&nbsp;1/2, Seite&nbsp;93–102).</ref> In [[#Mona Lisa 2|Abbildung&nbsp;2]] ist die Goldene Spirale eingezeichnet. Sie ist so positioniert, dass sie am linken Handgelenk beginnt und den oberen Rand des Kopfes berührt. Die Nasenspitze bildet dann den Punkt, auf den die Spirale zuläuft.<ref>[https://thefibonaccisequence.weebly.com/mona-lisa.html ''The Fibonacci Sequence – The Mona Lisa.''] Auf: ''thefibonaccisequence.weebly.com'', abgerufen am 5.&nbsp;Oktober 2022.</ref><ref>Fiona Grießhammer, Rebekka Maas: [https://www.math.uni-leipzig.de/UAA/f/SS20XX15548.pdf ''Fibonacci-Zahlen und der Goldene Schnitt.''] Aus den Seminarthemen der Fakultät für Mathematik und Informatik der [[Universität Leipzig]] (PDF, S.&nbsp;43).</ref>
 
Bekanntlich stellte auch Albrecht Dürer zahlreiche theoretische Untersuchungen an und beschäftigte sich mit mathematischen Fragen. Im Zusammenhang mit dem Goldenen Schnitt ist besonders interessant, dass er in seiner ''Underweysung der messung'' 1525 ein in einen Kreis einbeschriebenes Fünfeck konstruiert. Daher gilt es nicht als ausgeschlossen, dass Dürer in seinen Bildern den Goldenen Schnitt verwendet hat. Allerdings hat Dürer in seinen theoretischen Arbeiten den Goldenen Schnitt nicht erwähnt.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;157–158.</ref>
 
Auch im 19. und 20.&nbsp;Jahrhundert spielte der Goldene Schnitt bei manchen Vertretern der bildenden Kunst eine Rolle. [[Georges Seurat]] (1859–1891), der Begründer des [[Neoimpressionismus]], strebte einen streng geometrischen Bildaufbau an<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;159.</ref> und verwendet in allen seinen großformatigen Bildern den Goldenen Schnitt. Besonders deutlich ist dies in seinem Gemälde ''Die Zirkusparade.'' Neben einem goldenen Rechteck lassen sich etliche Einteilungslinien nach dem Goldenen Schnitt erkennen.<ref>{{Literatur |Autor=Louis Hautecoeur |Titel=Georges Seurat |Verlag=Schuler Verlagsgesellschaft |Ort=München |Datum=1974 |ISBN=3-7796-5030-4 |Seiten=69 und 70}}</ref> Allerdings existieren in einer vorbereitenden Zeichnung lediglich Linien, die nicht mit dem Goldenen Schnitt korrespondieren.<ref name="Robert" /> Damit bleibt offen, ob Seurat den Goldenen Schnitt bewusst oder intuitiv angewandt hat.
 
In der [[Fotografie]] wird der Goldene Schnitt zur Bildgestaltung eingesetzt. Als [[Faustregel|Faustformel]] wird die [[Drittel-Regel]] verwendet.<ref name="Frye">Michael Frye: ''Digitale Landschaftsfotografie: Fotografieren wie Ansel Adams und Co.'' Hüthig Jehle Rehm, 2010, ISBN 978-3-8266-5896-9, S.&nbsp;72 ({{Google Buch |BuchID=5zHv_s1xiCYC |Seite=72 |Linktext=Auszug (Google) |KeinText=ja}}).</ref><ref name="reynolds">Garry Reynolds: ''Zen oder die Kunst der Präsentation: mit einfachen Ideen gestalten und präsentieren.'' Pearson Education 2008, ISBN 978-3-8273-2708-6, S.&nbsp;151–152 ({{Google Buch |BuchID=_Dyh9T-ggZkC |Seite=151 |Linktext=Auszug (Google) |KeinText=ja}}).</ref>
 
=== Zeitgenössische bildende Kunst ===
[[Datei:Irene Schramm-Biermann. Dreiecke im goldenen Schnitt.jpg|mini|hochkant=1.4|''Goldene Dreiecke mit Goldener Spirale''<br />Irene Schramm-Biermann]]
 
In der zeitgenössischen [[Portal:Bildende Kunst/Definition|bildenden Kunst]] wird der Goldene Schnitt nicht nur als Gestaltungsmerkmal verwendet, sondern ist in manchen Arbeiten selbst Thema oder zentraler Bildinhalt.
 
Bei [[Joseph Beuys]] kommt der Goldene Schnitt bei den Besprechungen der Arbeiten seiner Schülerinnen und Schüler oft als positiver Orientierungspunkt zur Sprache.<ref>{{Literatur |Autor=Mechthild Haas |Hrsg=Hessisches Landesmuseum Darmstadt |Titel=Palermo oder die Vermessbarkeit der Welt. Blinky Palermo |Verlag=Hessisches Landesmuseum |Ort=Darmstadt |Datum=2006 |ISBN=3-926527-79-X |Seiten=22 und 24}}</ref> Der Künstler [[Jo Niemeyer]] verwendet den Goldenen Schnitt als grundlegendes Gestaltungsprinzip in seinen Werken, die der [[Konkrete Kunst|konkreten Kunst]] zugeordnet werden. Der Künstler [[Ivo Ringe]], der ebenso ein Vertreter der konkreten Kunst ist, nutzt den Goldenen Schnitt in vielen seiner Werke.<ref>{{Internetquelle |autor=Thomas Micchelli |url=http://hyperallergic.com/321899/ivo-ringe-morphic-fields-hionas-gallery |titel=A Struggle for Balance |datum=2016-09-10 |abruf=2017-01-12}}</ref> Die Künstlerin [[Martina Schettina]] thematisiert den Goldenen Schnitt in ihren Arbeiten zum Fünfeck, bei dem die Diagonalen einander im Goldenen Schnitt teilen. Sie visualisiert auch die Konstruktionsmethode und Formeln zum Goldenen Schnitt.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.mathe.tu-freiberg.de/~hebisch/cafe/schettina/galerie.html |titel=Mathematik und Kunst |titelerg=Werke von Martina Schettina |hrsg=[[Udo Hebisch]], Technische Universität Bergakademie Freiberg |datum=2008 |abruf=2022-10-15 |archiv-datum=2014-11-29 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20141129100938/http://www.mathe.tu-freiberg.de/~hebisch/cafe/schettina/galerie.html |offline=ja}}</ref> [[Irene Schramm-Biermann]] legt ihre künstlerischen Schwerpunkte auf ''Konkrete Kunst mit Bezug zur Mathematik und Landschaften''. Die Darstellung im nebenstehenden Bild lässt für den Betrachter offen: Resultiert die Goldene Spirale aus dem Goldenen Dreieck, oder war die Spirale der Ursprung?


== Verwendung in Literatur und Musik ==
== Verwendung in Literatur und Musik ==
 
{{Schaufenster
=== Literatur ===
| Seite = Goldener Schnitt/Verwendung in Literatur und Musik
Der Goldene Schnitt wurde auch zur Gestaltung literarischer Werke herangezogen.
| Marke = Verwendung in Literatur und Musik
 
| modus = ignorieren
Das vom römischen Dichter [[Vergil]] (70–19 v.&nbsp;Chr.) geschaffene Werk [[Aeneis]] gilt als älteste bekannte Literatur, die auf dem Goldenen Schnitt aufbaut. Bei Untersuchungen wurden Zeilen in verschiedenen Abschnitten gezählt, wobei festgestellt wurde, dass deren Verhältnisse dem Goldenen Schnitt meist recht nahe kommen. Allerdings wurde genau dieser „Abstandsbegriff“ weit ausgelegt, wobei etwa Werte wie 0,6 und 0,636 als Annäherung von 0,618… akzeptiert wurden. Zudem finden sich im Text zahlreiche Halbverse (unvollständige Zeilen), die auf mangelnde redaktionelle Überarbeitung seitens Vergils zurückgeführt werden. Nach Bereinigung ergab sich in ca.&nbsp;75 % aller Fälle eine bessere Annäherung an den Goldenen Schnitt. Die Studie wurde jedoch auch kritisch rezipiert.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;164.</ref>
| link = 1
 
| linkpos = prefix
Vor dem Hintergrund der verbreiteten [[Zahlensymbolik]] im [[Mittelalter]] wurde das ''[[Liber ymnorum]]'' des [[Notker Balbulus]] (um 885) genauer untersucht. Dabei kam heraus, dass einige Segmente dieses [[Hymnus]] gemäß dem Goldenen Schnitt aufgebaut sind. Genauer gilt, dass die Anzahl der Silben im ersten Teil und der im zweiten Teil annähernd im Verhältnis des Goldenen Schnittes liegen. Als ein Beispiel wird auf den Laurentiushymnus verwiesen: In den ersten 144&nbsp;Silben wird [[Laurentius von Rom|Laurentius]] angerufen und sein [[Martyrium]] gerühmt. Im Anschluss wird er 89&nbsp;Silben lang um Fürbitte gebeten. Es bleibt jedoch unklar, ob das Auftreten dieser (großen) Fibonacci-Zahlen 89 und 144, ca.&nbsp;300 Jahre vor Fibonacci, ein Zufall ist.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;165.</ref>
| inline = 1
 
}}
Nach Meinung von J.&nbsp;Benjafield und C.&nbsp;Davis enthalten [[Grimms Märchen]] den Goldenen Schnitt in einer „besonders unerwarteten Form“. Sie teilten sämtliche „585 Charakteren (Personen, sprechende Tiere,&nbsp;…) aus den 125 Märchen“<ref name="A. Beutelspacher">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;165–166.</ref> über die Eigenschaften ''gut&nbsp;– böse'', ''stark&nbsp;– schwach'' und ''aktiv&nbsp;– passiv'' in 8&nbsp;mögliche Gruppen ein. Die Gruppen 1–4 haben sie mit „gut, stark, aktiv“, „gut, stark, passiv“, „gut, schwach, aktiv“ und „böse, stark, aktiv“ als ''positiv'' bezeichnet, die Gruppen 5–8 als ''negativ''. Es stellt sich nach dieser Gruppierung heraus, dass zwischen 60 % und 62 % (z.&nbsp;B. 100&nbsp;:&nbsp;62&nbsp;=&nbsp;1,6129&nbsp;…) der Märchencharaktere ''positiv'' sind. Als Erklärung dieses „Zusammenhangs“ wird darauf verwiesen, dass der Goldene Schnitt in der Natur sehr häufig auftrete und daher vom Menschen unbewusst als ästhetischer Maßstab bei der Bewertung von Kunstwerken herangezogen werde. Dieser unbewusste Prozess gewinne umso mehr Bedeutung, je „naturnaher“, „unverbildeter“, und „volkstümlicher“ die Kunstwerke seien. Da Grimms Märchen bekanntlich direkt aus dem Munde des Volkes „abgelauscht sind“, sei es kein Wunder, dass hier der Goldene Schnitt als „natürliches Spannungsverhältnis“ in Erscheinung trete&nbsp;…<ref name="A. Beutelspacher" /> J.&nbsp;Benjafield und C.&nbsp;Davis schreiben dazu:
 
{{Zitat
|Text=Although the characters and situations depicted in fairy tales are often unrealistic, in the sense of being unlikely to be encountered in everyday life, the connotative structure of the characters is like that found in our impersonal environment. Since the stories are, in part, vehicles for teaching children about the general features of human nature, this correspondence makes perfectly good sense.
|Sprache=en
|Autor=J. Benjafield und C. Davis
|Übersetzung=Obwohl die in den Märchen dargestellten Figuren und Situationen oft unrealistisch sind, das heißt im Alltag nicht vorkommen, entspricht die Bedeutungsstruktur der Figuren der unserer unpersönlichen Umwelt. Da die Märchen zum Teil dazu dienen, Kinder über die allgemeinen Merkmale der menschlichen Natur zu unterrichten, ist diese Entsprechung durchaus sinnvoll.
|ref=<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;166.</ref>}}
 
Nach Meinung Benjafields und Davis erkläre dies auch das Auftreten des Goldenen Schnitts in der Musik [[Béla Bartók]]s&nbsp;– ein Beleg dafür, dass Bartóks Musik sich in vielerlei Hinsicht aus der Volksmusik speise.
 
Der Goldene Schnitt wurde auch in einem späten Gedicht [[Friedrich Hölderlin]]s nachgewiesen. In seinen letzten Lebenstagen, entweder im Mai oder Juni des Jahres 1843, schrieb Hölderlin in Tübingen ''Die Aussicht'':
 
<poem class="center">
Wenn in die Ferne geht der Menschen wohnend Leben,
Wo in die Ferne sich erglänzt die Zeit der Reben,
Ist auch dabei des Sommers leer Gefilde,
Der Wald erscheint mit seinem dunklen Bilde;
Daß die Natur ergänzt das Bild der Zeiten,
Daß die verweilt, sie schnell vorübergleiten,
Ist aus Vollkommenheit, des Himmels Höhe glänzet
Den Menschen dann, wie Baume Blüth' umkränzet.
 
– ''Die Aussicht'', Friedrich Hölderlin<ref>{{Internetquelle |autor=Grete Lübbe-Grothues |url=http://philosophisches-jahrbuch.de/wp-content/uploads/2019/03/PJ90_S81-109_L%C3%BCbbe-Grothues_Grammatik-und-Idee-in-den-Scardanelli-Gedichten-H%C3%B6lderlins.pdf#page=7&zoom=auto,-71,502 |titel=Grammatik und Idee in den Scardanelli-Gedichten Hölderlins |titelerg=Die Aussicht (Nr. 48) |hrsg=Philosophisches Jahrbuch|seiten=89–90 |format=PDFf |sprache=de |abruf=2023-07-11}}</ref>
</poem>
 
Roman Jakobson und Grete Lübbe-Grothues entdeckten, dass dieses Gedicht mit Hilfe des Goldenen Schnitts, genauer gesagt aus den Verhältnissen {{nowrap|8 : 5}}, {{nowrap|5 : 3}} und {{nowrap|3 : 2}}, aufgebaut wurde.<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;166–167.</ref> Hierzu schreiben sie:
 
{{Zitat
|Text=Der goldene Schnitt (8:5&nbsp;= 5:3) stellt zwei ungleiche Teile eines achtzeiligen Ganzen einander gegenüber und zerlegt ''Die Aussicht'' in zwei syntaktisch gleichmäßige Gruppen von fünf Verbafinita bzw. fünf Elementarsätzen (clauses), mit einer spiegelsymmetrischen Verteilung der Verben in den Halbversen des fünfzeiligen Major (3:2) und des dreizeiligen Minor (2:3).
|Autor=Roman Jakobson und Grete Lübbe-Grothues
|ref=<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;167.</ref>}}
 
Die Frage, ob Hölderlin die Ästhetik des Goldenen Schnitts bewusst einsetzte, sei hier jedoch besonders schwierig zu beantworten, da Hölderlin bekanntlich in seinen letzten Lebensjahren stark an einer seelischen Krankheit litt. Immerhin gibt es nach Jakobson auffallende Anzeigen einer komplexen und zielbewussten Gestaltung und Vieles deute auf eine bewusste Verwendung der Verhältnisse {{nowrap|8 : 5}}, {{nowrap|5 : 3}} und {{nowrap|3 : 2}} hin.
 
=== Akustik und Musik ===
Der Goldene Schnitt tritt innerhalb der Musik in zwei Rollen auf. Zum einen können die Frequenzen zweier Töne ein Goldenes Verhältnis haben. Andererseits kann die Komposition eines Stückes aus Teilen bestehen, deren Längen sich verhalten wie der Goldene Schnitt.
 
==== Frequenzverhältnisse ====
Stehen die Frequenzen zweier Töne im Verhältnis {{nowrap|8 : 5}} (oder {{nowrap|5 : 8}}), so entsteht das [[Intervall (Musik)|Intervall]] einer [[Sexte|kleinen Sexte]]. Die Differenz des Verhältnisses {{nowrap|8 : 5}} (=&nbsp;1,6) zum Goldenen Schnitt (=&nbsp;1,618…) ist so gering, dass es vom Ohr entsprechend zurechtgehört wird (schon [[Leonhard Euler]] hatte [[Wissenschaftliches Werk Leonhard Eulers#Mathematische Musiktheorie|auf diese Fähigkeit des menschlichen Gehörs hingewiesen]]). ''Rudolf Haase'' geht so weit zu behaupten, der Reiz dieses Intervalls sei nicht im einfachen Zahlenverhältnis seiner Töne begründet, sondern im Verhältnis des Goldenen Schnitts<ref>Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' 2.,&nbsp;überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.&nbsp;168.</ref>.
 
==== Komposition ====
Der Goldene Schnitt wird gelegentlich in Strukturkonzepten von Musikstücken vermutet. So hat der ungarische Musikwissenschaftler [[Ernő Lendvai]] versucht, den Goldenen Schnitt als wesentliches Gestaltungsprinzip der Werke [[Béla Bartók]]s nachzuweisen. Seiner Ansicht nach hat Bartók den Aufbau seiner Kompositionen so gestaltet, dass die Anzahl der Takte in einzelnen Formabschnitten Verhältnisse bilden, die den Goldenen Schnitt approximieren würden. Allerdings sind seine Berechnungen umstritten.<ref name="AB17">Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: ''Der Goldene Schnitt.'' Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S.&nbsp;165–167.</ref>
 
In der Musik nach 1945 finden sich Beispiele für die bewusste Proportionierung nach den Zahlen der Fibonacci-Folge, etwa im Klavierstück&nbsp;IX von [[Karlheinz Stockhausen]] oder in der [[Spektralmusik]] von [[Gérard Grisey]].<ref>{{Literatur |Autor=Jonathan Kramer |Titel=The Fibonacci Series in Twentieth-Century Music |Sammelwerk=Journal of Music Theory |Band=17 |Nummer=1 |Datum=1973 |Seiten=110–148}}</ref>
 
==== Instrumentenbau ====
Der Goldene Schnitt wird gelegentlich im [[Musikinstrumentenbau]] verwendet. Insbesondere beim [[Geigenbau]] soll er für besonders klangschöne Instrumente bürgen. So wird behauptet, dass der berühmte [[Geigenbauer]] [[Antonio Stradivari|Stradivari]] den Goldenen Schnitt verwendete, um die klanglich optimale Position der [[F-Loch|F-Löcher]] für seine [[Violine]]n zu berechnen. Diese Behauptungen basieren jedoch lediglich auf nachträglichen numerischen Analysen von Stradivaris Instrumenten. Ein Nachweis, dass Stradivari bewusst den Goldenen Schnitt zur Bestimmung ihrer Proportionen angewandt habe, existiert jedoch nicht.<ref>''How a Violin is Made.'' In: ''Popular Mechanics.'' September 1943, S.&nbsp;106–108; {{archive.org |bub_gb_kCcDAAAAMBAJ |Blatt=n107}}.</ref><ref>Stewart Pollens: ''Stradivari.'' Cambridge University Press, 2010, ISBN 978-0-521-87304-8, S.&nbsp;239 ({{Google Buch |BuchID=_dFwvjj--MsC |Seite=239 |Linktext=Auszug (Google) |KeinText=ja}}).</ref>


== Verwendung in Informatik und Numerik ==
== Verwendung in Informatik und Numerik ==
 
{{Schaufenster
=== Datenstrukturen ===
| Seite = Goldener Schnitt/Verwendung in Informatik und Numerik
In der Informatik werden Daten in [[Hashtabelle]]n gespeichert, um darauf schnell zuzugreifen. Die Position <math>h(k)</math>, an der ein Datensatz <math>k</math> in der Tabelle gespeichert wird, berechnet sich durch eine [[Hashfunktion]] <math>h</math>. Für einen effizienten Zugriff müssen die Datensätze möglichst gleichmäßig verteilt in die Tabelle geschrieben werden. Eine Variante für die Hashfunktion ist die [[multiplikative Methode]], bei der die Hashwerte für eine Tabelle der Größe <math>m</math> nach der folgenden Formel berechnet werden:
| Marke = Verwendung in Informatik und Numerik
 
| modus = ignorieren
: <math>h(k) = \lfloor m (k A - \lfloor k A \rfloor)\rfloor</math>
| link = 1
 
| linkpos = prefix
Dabei stellen <math>\lfloor \ldots \rfloor</math> [[Gaußklammer]]n dar, die den Klammerinhalt auf die nächste ganze Zahl abrunden. Der Informatiker [[Donald E. Knuth]] schlägt für die frei wählbare Konstante <math>A=1/\Phi</math> vor, um eine gute Verteilung der Datensätze zu erhalten.<ref>Thomas H. Cormen, [[Charles Leiserson]], [[Ronald L. Rivest|Ronald Linn Rivest]], Clifford Stein: ''Introduction to Algorithms.'' 2. Auflage. MIT Press, 2001, ISBN 0-262-53196-8, S.&nbsp;231–232.</ref>
| inline = 1
 
}}
=== Verfahren des Goldenen Schnittes ===
Das Verfahren des Goldenen Schnittes (auch: ''Goldener-Schnitt-Verfahren'',<ref>{{Literatur |Autor=Markos Papageorgiou, Marion Leibold, Martin Buss |Titel=Optimierung |Auflage=4. |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Berlin/Heidelberg |Datum=2015 |Seiten=30 |DOI=10.1007/978-3-662-46936-1}}</ref> ''Methode des Goldenen Schnittes'' oder ''Suchverfahren Goldener Schnitt'') ist ein [[Algorithmus|Verfahren]] der mathematischen nichtlinearen [[Mathematische Optimierung|Optimierung]], genauer berechnet es algorithmisch eine [[Numerische Mathematik|numerische]] Näherung für eine [[Extremstelle]] (Minimum oder Maximum) einer reellen [[Funktion (Mathematik)|Funktion]] einer Variablen in einem Suchintervall <math>[a,b]</math>. Es basiert auf der analytischen Anwendung der ursprünglich geometrisch definierten stetigen Teilung. Im Gegensatz zum [[Intervallhalbierungsverfahren]] wird dabei das Suchintervall nicht bei jedem Schritt halbiert, sondern nach dem Prinzip des Goldenen Schnittes verkleinert. Der verwendete Parameter <math>\tau</math> ''(tau)'' hat dabei nicht, wie bei dem allgemeineren [[Bisektionsverfahren]], den Wert <math>\tfrac{1}{2}</math>, sondern es wird <math>\textstyle \tau = \Phi - 1</math> gewählt, sodass sich zwei Punkte <math>\textstyle x = b - \tau (b-a)</math> und <math>\textstyle x' = a + \tau(b-a)</math> für das Optimierungsverfahren ergeben, die das Suchintervall im Goldenen Schnitt teilen.<ref>Florian Jarre, Josef Stoer: ''Optimierung.'' Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-43575-1, S.&nbsp;130&nbsp;ff. ({{Google Buch |BuchID=DyHc3WU0QOcC |Seite=130 |Linktext=Auszug (Google) |KeinText=ja}}).</ref>
 
Wird angenommen, dass jeder Punkt in jedem Intervall mit gleicher Wahrscheinlichkeit Extrempunkt sein kann, führt dies bei Unbestimmtheitsintervallen dazu, dass das Verfahren des Goldenen Schnittes um 14 % effektiver ist als die Intervallhalbierungsmethode. Im Vergleich zu diesem und weiteren sequentiellen Verfahren ist es&nbsp;– mathematisch gesehen&nbsp;– das für allgemeine Funktionen effektivste Verfahren; nur im Fall differenzierbarer Funktionen ist es der direkten mathematischen Lösung unterlegen.<ref>W. Gellert u.&nbsp;a.: ''Kleine Enzyklopädie Mathematik.'' VEB Bibliographisches Institut Leipzig, 1979, S.&nbsp;694.</ref> Dass sich dieses Verfahren in der manuellen Rechnung nicht durchgesetzt hat, liegt vor allem an den notwendigen Wurzelberechnungen für die einzelnen Zwischenschritte.
 
=== Anzahl benötigter Divisionen im euklidischen Algorithmus ===
Der klassische [[Euklidischer Algorithmus|euklidische Algorithmus]] berechnet den [[Größter gemeinsamer Teiler|größten gemeinsamen Teiler]] <math>\mathrm{ggT}(m,n)</math> zweier natürlicher Zahlen <math>m</math> und <math>n</math>. Dabei müssen einige Divisionen durchgeführt werden. Je nach Beschaffenheit dieser Zahlen können aber mal mehr oder mal weniger Schritte erforderlich sein. Ist etwa <math>m=n</math>, so endet der Algorithmus nach nur einem Schritt, egal wie groß diese Zahlen sind. Der Goldene Schnitt taucht in der anderen Richtung auf, nämlich beschreibt er die Anzahl der Schritte für die Fälle, in denen ganz besonders viele Divisionen gebraucht werden ''(worst case analysis)''. Bezeichnet <math>L(m,n)</math> die Anzahl der benötigten Divisionen und ist <math>Z_N = L(m,n)</math>, wobei <math>1 \leq m,n \leq N</math> zufällig ausgewählt werden, so gilt
: <math>\max(Z_N) \sim \frac{\log(N)}{\log(\Phi)} \approx 2{,}07808692 \log(N)</math>.
Dies zeigt, dass der euklidische Algorithmus selbst in der schlechtest möglichen Situation immer noch (nur) logarithmische Laufzeit besitzt.<ref>Steven R. Finch: ''Mathematical Constants'' (=&nbsp;''Encyclopedia of Mathematics and its Applications, [http://refkol.ro/matek/mathbooks/ro.math.wikia.com%20wiki%20Fisiere_pdf_incarcate/Mathematical-Constants.pdf#page=177&zoom=auto,69,593 2.18 Porter–Hensley Constants]'', Band&nbsp;94). Cambridge University Press, 2003, S.&nbsp;156–159.</ref>
 
=== Auffälligkeit ===
Eine weitere Verbindung zwischen der Informationstheorie und dem Goldenen Schnitt wurde durch [[Helmar Frank]] mit der Definition der [[Auffälligkeit (Informationstheorie)|Auffälligkeit]] hergestellt. Er konnte zeigen, dass der mathematische Wert des Maximums der Auffälligkeit sehr nah an das Verhältnis des Goldenen Schnitts herankommt.<ref>[[Horst Völz]]: ''Computer und Kunst'' (=&nbsp;Reihe ''Akzent'', Band&nbsp;87). 2.&nbsp;Auflage. Urania Verlag, Leipzig/Jena/Berlin 1990 ([http://horstvoelz.de/kontakt/ComputerKunst.pdf#page=1&zoom=80,-595,833 ComputerKunst.doc 11.11.06]; PDF; 8,7&nbsp;MB), Abschnitt ''Der Überraschungswert'', [http://horstvoelz.de/kontakt/ComputerKunst.pdf#page=14&zoom=80,-595,842 S.&nbsp;14&nbsp;f.] (abgerufen am 13.&nbsp;August 2018).</ref>


== Siehe auch ==
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[[Kategorie:Technik der Malerei]]
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[[Kategorie:Besondere Zahl]]
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Aktuelle Version vom 3. Oktober 2026, 21:16 Uhr

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Goldener Schnitt
Goldener Schnitt

Der Goldene Schnitt (lat. sectio aurea „Goldener Schnitt“, lat. proportio divina „göttliche Proportion“), gelegentlich auch stetige Teilung einer Strecke, ist ihre Zerlegung in zwei Teilstrecken in der Weise, dass sich die längere Teilstrecke zur kürzeren Teilstrecke verhält wie die Gesamtstrecke zur längeren Teilstrecke. Das Konzept ist bereits seit der Antike zur Zeit des Euklid bekannt. Der Goldene Schnitt findet häufige Anwendung in der Kunst, taucht aber auch in der Natur auf.

In mathematischen Formeln ausgedrückt, gilt für den Goldenen Schnitt zweier Teilstrecken a und b (siehe Bild):

ab=a+ba oder aa+b=ba.

Das mittels Division dieser Größen als Zahl berechnete Teilungsverhältnis des Goldenen Schnittes ist eine irrationale Zahl, das heißt eine Zahl, die sich nicht als Bruch ganzer Zahlen darstellen lässt. Die Folge ihrer Nachkommastellen zeigt daher auch kein periodisches Muster. Diese Zahl wird ebenfalls als Goldener Schnitt bezeichnet. Als mathematisches Symbol für den Goldenen Schnitt wird meist der griechische Buchstabe Phi (Φ, ϕ oder φ, heutige Aussprache [fi:]), seltener auch Tau (T, τ) oder g verwendet. Es gilt

Φ=ab=a+ba=1+52≈1,6180339887, wobei 5 die Quadratwurzel aus 5 bezeichnet.

Aus Sicht der Mathematik besitzt der Goldene Schnitt zahlreiche besondere Eigenschaften. Neben der geometrischen Auffassung kann er auch als die positive Lösung der quadratischen Gleichung x2−x−1=0 definiert werden. Er ist damit eine algebraische Zahl vom Grade 2. Bemerkenswert ist seine enge Verbindung zu der Fibonacci-Folge, die sich durch die explizite Binet-Formel ausdrückt, obgleich die Fibonacci-Folge zunächst nur rekursiv, also implizit erklärt ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass der Goldene Schnitt unter den irrationalen Zahlen (bis auf eine gewisse Form der Äquivalenz) am schlechtesten durch Brüche angenähert werden kann. Zentrales Argument für diese Tatsache ist seine Kettenbruchentwicklung, die nur aus der Zahl 1 besteht, ergo unter allen Kettenbrüchen am langsamsten konvergiert.

Der Goldene Schnitt ist in der mathematischen Literatur seit der Zeit der griechischen Antike (Euklid von Alexandria) nachgewiesen, war jedoch vor mehr als 2300 Jahren nur wenigen bekannt. Vereinzelt schon im Spätmittelalter und besonders dann in der Renaissance, etwa durch Luca Pacioli und Johannes Kepler, wurde er auch in philosophische und theologische Zusammenhänge gestellt. Der Überlieferung nach erhielt er mit diesem Namen erst ab der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts größeren Bekanntheitsgrad. Die heute gebräuchliche Bezeichnung Φ bzw. φ für den Zahlenwert geht auf den amerikanischen Mathematiker Mark Barr zurück, der sie um das Jahr 1909 herum einführte. Einigen bedeutenden Künstlern, wie Leonardo da Vinci, Friedrich Hölderlin oder Béla Bartók, wurde nachgesagt, den Goldenen Schnitt gezielt bei manchen ihrer Werke eingesetzt zu haben, jedoch gelten solche Aussagen als umstritten. Der Goldene Schnitt ist nicht nur in Mathematik, Kunst oder Architektur von Bedeutung, sondern findet sich auch in der Natur, beispielsweise bei der Anordnung von Blättern und in Blütenständen mancher Pflanzen wieder.

Definition

Man sagt, dass zwei Größen a>b>0 im Verhältnis des Goldenen Schnittes stehen, falls

ab=a+ba

erfüllt ist. Die Zahl

ab=Φ

wird dann ebenfalls Goldener Schnitt genannt. Es muss sich bei den Werten a und b dabei nicht um (dimensionslose) reelle Zahlen handeln; auch eine Assoziation zu physikalischen Größen unter Zuweisung entsprechender Maßeinheiten ist möglich. Klassisch ist dabei die Veranschaulichung über das Teilungsverhältnis zweier Strecken (bei dem die längere Strecke als „Major“ und die kürzere als „Minor“ bezeichnet wird[1]), aber auch andere Einheiten können betrachtet werden, siehe zum Beispiel Goldenes Rechteck.

In der Literatur wird der Ausdruck „Goldener Schnitt“ jedoch auch für andere Dinge verwendet. Er bezeichnet[2]

  • den Vorgang der Teilung an sich,
  • gelegentlich den Teilungspunkt,
  • meist jedoch die Zahl Φ selbst.

Bestimmung des Verhältnisses

Es bezeichnen a>b>0 die Teilstreckenlängen der Gesamtstrecke a+b. Es gilt dann nach Definition des Goldenen Schnitts die Relation[3]

ab=a+ba.
Multipliziere mit a⋅b:
a2=b⋅a+b2
⟺a2−b⋅a−b2=0

a) Lösung der quadratischen Gleichung mittels Lösungsformel:

a=b2±b⋅52.
Nur die positive Lösung ist hier von Bedeutung:
a=b2+b⋅52=b⋅1+52.
Damit ist
ab=1+52=Φ.

b) Graphische Lösung der quadratischen Gleichung[4][5]

a2−b⋅a−b2=0.
Setzt man b=1, ergibt sich die quadratische Gleichung
a2−a−1=0, mit p und q wird
a2−p⋅a−q⋅1=0, daraus folgt
p=1 und q=1.
Deren Lösung gelingt beispielsweise mit der im Folgenden beschriebenen Konstruktion in einem kartesischen Koordinatensystem.
Nach dem Ziehen des Kreises k mit Radius gleich 1 um den Mittelpunkt M(0|1) und dem anschließenden Festlegen der zueinander parallelen Tangenten an den Punkten A(0|2) und B(0|0), werden auf den entsprechenden Tangenten, wegen |AC‾|=4p und |BD‾|=qp,[5] die Punkte C(4|2) und D(−1|0) bestimmt. Eine Verbindung des Punktes C mit D erzeugt auf dem Kreisbogen k die Schnittpunkte E und F. Die beiden abschließenden geraden Linien ab Punkt A durch E und F liefern auf der x-Achse die Punkte X1 und X2 mit den Längen |BX1‾|=−x1=−0,618033… und |BX2‾|=x2.[5]
Der hier relevante positive Wert der Lösung: |BX2‾|=x2=a=Φ=1,618033….

Geschichte

Grundlegende mathematische Eigenschaften

Geometrische Aussagen

Weitere mathematische Eigenschaften

Varianten und Verallgemeinerungen

Vorkommen in der Natur

Vergleich mit anderen prominenten Seitenverhältnissen

Die folgende Abbildung zeigt im Vergleich verschiedene Rechtecke mit prominenten Seitenverhältnissen in der Umgebung von Φ=1,618… Angegeben ist jeweils das Verhältnis von Höhe zu Breite und der entsprechende Zahlenfaktor:

  • 4 : 3 – Traditionelles Fernsehformat und Ballenformat für Packpapier. Auch bei älteren Computermonitoren verwendet (z. B.: 1024 × 768 Pixel). Dieses Format geht zurück auf Thomas Alva Edison, der 1889 das Format des klassischen Filmbildes (35-mm-Film) auf 24 mm × 18 mm festlegte.[106]
  • 2 :1 – Das Seitenverhältnis beim DIN-A4-Blatt und verwandten DIN-/EN-/ISO-Maßen. Bei einer Halbierung durch einen Schnitt, der die längeren Seiten des Rechtecks halbiert, entstehen wiederum Rechtecke mit demselben Seitenverhältnis.
  • 3 : 2 – Seitenverhältnis beim Kleinbildfilm (36 mm × 24 mm).
  • 16 : 10 – Manche Computerbildschirme (1920 × 1200 Pixel). Diese passen mit 1,6 : 1 fast zum Goldenen Schnitt.
  • 𝜱 :1 – Seitenverhältnis im Goldenen Schnitt. Im Bild approximiert mit 144 × 89 Pixel (theoretischer Fehler nur 5 · 10−5). Die beiden benachbarten Rechtecke 3:2 und 5:3 haben – wie auch das dargestellte Rechteck mit 144:89 – Seitenverhältnisse von aufeinanderfolgenden Fibonacci-Zahlen und approximieren daher ebenfalls den Goldenen Schnitt vergleichsweise gut.
  • 5 : 3 – Findet neben vielen anderen als Kinofilmformat Verwendung.
  • 16 : 9 – Breitbildfernsehen.

Anwendung in Technik und Mathematik

Anwendung in der bildenden Kunst

Verwendung in Literatur und Musik

Verwendung in Informatik und Numerik

Siehe auch

Literatur

Historische Literatur

  • Luca Pacioli; Constantin Winterberg (Hrsg. und Übers.): De divina proportione. Venedig 1509 / Carl Graeser, Wien 1889 (im Internet-Archiv: Online, bei alo: literature.at/alo).
  • Adolf Zeising: Neue Lehre von den Proportionen des menschlichen Körpers. Rudolph Weigel, Leipzig 1854; archive.org.
  • Adolf Zeising: Das Normalverhältniss der chemischen und morphologischen Proportionen. Rudolph Weigel, Leipzig 1856; archive.org.
  • Gustav Theodor Fechner: Zur experimentalen Ästhetik. Hirzel, Leipzig 1871.

Neuere Literatur

  • Lieselotte Kugler, Oliver Götze (Hrsg.): Göttlich Golden Genial. Weltformel Goldener Schnitt? Hirmer, München 2016, ISBN 978-3-7774-2689-1, siehe hierzu: Portal Kunstgeschichte
  • Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: Der Goldene Schnitt. 2-te überarbeitete und erweiterte Auflage, Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1996, ISBN 3-86025-404-9.
  • Priya Hemenway: Divine Proportion. Phi in Art, Nature and Science. Sterling, New York 2005, ISBN 1-4027-3522-7. (Priya Hemenway: Der Geheime Code: Die rätselhafte Formel, die Kunst, Natur und Wissenschaft bestimmt. Taschen Verlag, Köln 2008, ISBN 978-3-8365-0708-0.)
  • Roger Herz-Fischler: A mathematical History of the Golden Ratio. Dover Publications, New York 1998, ISBN 0-486-40007-7.
  • Jürgen Fredel: Maßästhetik. Studien zu Proportionsfragen und zum Goldenen Schnitt. Lit, Hamburg 1998, ISBN 3-8258-3408-5.
  • Albert van der Schoot: Die Geschichte des goldenen Schnitts. Aufstieg und Fall der göttlichen Proportion. Frommann-Holzboog, Stuttgart 2005, ISBN 3-7728-2218-5.
    Susanne Deicher: Rezension von: Albert van der Schoot: Die Geschichte des goldenen Schnitts. In: sehepunkte 5, 15. Dezember 2005, Nr. 12, Weblink.
  • Hans Walser: Der Goldene Schnitt. 7-te überarbeitete und erweiterte Auflage, Springer Spektrum, Berlin 2024, ISBN 978-3-662-68556-3.
  • Georg Markowsky: Misconceptions about the Golden Mean (PDF; 2,1 MB). In: The College Mathematics Journal, Band 23, Ausgabe 1, Januar 1992.
Commons: Goldener Schnitt – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Deutsch

Englisch

Einzelnachweise

  1. ↑ Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: Der Goldene Schnitt. 2., überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S. 16.
  2. ↑ Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: Der Goldene Schnitt. 2., überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S. 18.
  3. ↑ Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: Der Goldene Schnitt. 2., überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S. 18–20.
  4. ↑ Herbert Henning, Christian Hartfeldt: Goldener Schnitt in der Mathematik. (PDF) 3 Die Goldene Schnittzahl τ. Universität Magdeburg1, 2003, S. 7, archiviert vom Original am 15. Januar 2024; abgerufen am 4. März 2025.
  5. ↑ a b c August Adler: Theorie der geometrischen Konstruktionen. G. J. Göschensche Verlagshandlung, Leipzig 1906, V. Abschnitt, Aufgaben ersten und zweiten Grades., §32. Graphische Auflösung der Gleichungen zweiten Grades., S. 175–176, Fig. 137., S. 188–189 (Textarchiv – Internet Archive).
  6. ↑ Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: Der Goldene Schnitt. Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1988, ISBN 3-411-03155-7, S. 10, 15.
  7. ↑ Rudolf Haller: Elemente des Euklid. Edition Opera Platonis 2010, Buch II, Satz 11 (PDF; 209 kB).
  8. ↑ Leonardo da Pisa: Liber abbaci. (Cap. I, 7, dort unter anderen Aufgaben: Quot paria coniculorum in uno anno ex uno pario germinentur), hrsg. von Baldassare Boncompagni, Scritti di Leonardo Pisano matematico del secolo decimoterzo. Band I, Tipografia delle scienze matematiche e fisiche, Rom 1857, S. 283 f., Wiedergabe der Handschrift Florenz, Cod. magliabechiano cs cI, 2626, fol. 123v–124r, bei Heinz Lüneburg: Leonardi Pisani Liber Abbaci oder Lesevergnügen eines Mathematikers. 2., überarb. und erw. Ausgabe. BI Wissenschaftsverlag, Mannheim u. a. 1993, ISBN 3-411-15462-4, nach S. 252; Wiedergabe des lateinischen Textes der Kaninchenaufgabe u. a. bei Bernd Thaller: Leonardo und der Goldene Schnitt (PDF; 3 MB). 30. Juni 2017.
  9. ↑ Formalisierte Wiedergabe nach Heinz Lüneburg: Leonardi Pisani Liber Abbaci oder Lesevergnügen eines Mathematikers. 2., überarb. und erw. Ausgabe. BI Wissenschaftsverlag, Mannheim u. a. 1993, ISBN 3-411-15462-4, S. 298.
  10. ↑ Leonardo da Pisa: Liber abbaci. Cap. 15, ed. Boncompagni S. 438, zu finden schon in der Wiedergabe von cap. 15 bei Guillaume Libri: Histoire des sciences mathématiques in Italie. Band II, Paris: Jules Renouard et C.ie, 1838, S. 430 (Auszug in der Google-Buchsuche).
  11. ↑ Leonard Curchin, Roger Herz-Fischler: De quand date le premier rapprochement entre la suite de Fibonacci et la division en extrême et moyenne raison? (PDF) In: Centaurus. Roger Herz-Fischler, 1985, abgerufen am 3. Oktober 2022.
  12. ↑ Albrecht Beutelspacher, Bernhard Petri: Der Goldene Schnitt. 2., überarbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S. 10.
  13. ↑ Roger Herz-Fischler: A mathematical History of the Golden Ratio. Dover Publications, Minneola (New York) 1998, S. 158 (Section 31.J.iii).
  14. ↑ Allgemeine deutsche Real-Enzyklopädie für die gebildeten Stände. In zehn Bänden. Vierter Band (G und H). Fünfte Original-Ausgabe. F. A. Brockhaus, Leipzig 1819, S. 296.
  15. ↑ Otfried Lieberknecht: First occurrence of the term „Goldener Schnitt“ / „sectio aurea“. (PDF) E-Mail-Korrespondenz. Herz-Fischler, 19. Mai 2018, S. 1–4, abgerufen am 1. Oktober 2022.
  16. ↑ M. Johann Wentzel Kaschube: Cursus mathematicus, Oder Deutlicher Begrief Der Mathematischen Wissenschaften. Johann Felix Bielcke, Jena 1717 (Digitalisat [Google]).
  17. ↑ a b M. Johann Wentzel Kaschube: Cursus mathematicus, Oder Deutlicher Begrief Der Mathematischen Wissenschaften. Johann Felix Bielcke, Jena 1717, S. 566 (Digitalisat [Google]).
  18. ↑ a b c d Ernst Florens Friedrich Chladni: Die Akustik. Breitkopf und Härtel, Leipzig 1802 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche), S. 33, abgerufen am 1. Oktober 2022.
  19. ↑ Gottfried Wilhelm Leibniz, Anmerkungen Christian Kortholt: Viri illustris Godefridi Guil. Leibnitii epistolae ad diversos … Hrsg.: Christian Kortholt. Band 1. Bern. Christoph Breitkopf, Leipzig 1734, S. 241 f., Brief 154 (Latein, Titelblatt, S. 242 [Google]).
  20. ↑ Adolf Zeising: Neue Lehre von den Proportionen des menschlichen Körpers, […]. Verlag Rudolph Weigel, Leipzig 1854, S. 159 (abgerufen am 18. Oktober 2022).
  21. ↑ a b Adolf Zeising: Neue Lehre von den Proportionen des menschlichen Körpers, […]. Verlag Rudolph Weigel, Leipzig 1854, S. 163 (abgerufen am 3. Oktober 2022).
  22. ↑ Gustav Theodor Fechner: Vorschule der aesthetik. Breitkopf & Härtel, 1876, S. 190.
  23. ↑ Camillo Sitte: Über den praktischen Wert der Lehre vom Goldenen Schnitt. In: Camillo Sitte: Schriften zu Kunsttheorie und Kunstgeschichte. Böhlau 2010, ISBN 978-3-205-78458-6, S. 435–446, besonders 438–439 (Auszug (Google)).
  24. ↑ Underwood Dudley: Die Macht der Zahl: Was die Numerologie uns weismachen will. Gabler, 1999, ISBN 3-7643-5978-1, S. 243–245 (Auszug (Google)).
  25. ↑ a b The Nobel Prize in Chemistry 2011. Nobelprize.org (offizielle Homepage des Nobelpreises), abgerufen am 22. März 2023 (englisch). Siehe Interview.
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