Goldener Schnitt

Der Goldene Schnitt ( „Goldener Schnitt“,  „göttliche Proportion“), gelegentlich auch stetige Teilung einer Strecke, bezeichnet 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.

Durch mathematische Formeln ausgedrückt gilt für den Goldenen Schnitt zweier Teilstrecken  und  (siehe Bild):

  oder .

Das mittels Division dieser Größen als Zahl berechnete Teilungsverhältnis des Goldenen Schnittes ist eine dimensionslose, 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 (,  oder , heutige Aussprache ), seltener auch Tau (, ) oder  verwendet. Es gilt
 , wobei  die Quadratwurzel aus 5 bezeichnet. Seit 2021 sind 10 Billionen Dezimalstellen des Goldenen Schnittes bekannt.

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  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  bzw.  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  im Verhältnis des Goldenen Schnittes stehen, falls

erfüllt ist. Die Zahl

wird dann ebenfalls Goldener Schnitt genannt. Es muss sich bei den Werten  und  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), 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

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

Bestimmung des Verhältnisses 

Es bezeichnen  die Teilstreckenlängen der Gesamtstrecke . Es gilt dann nach Definition des Goldenen Schnitts die Relation
 .
 Multipliziere mit :
 
 
 Die Lösung der quadratischen Gleichung mittels Lösungsformel ist
 .
 Nur die positive Lösung ist hier von Bedeutung:
 
 Damit ist
 .

Geschichte

Antike 
Die erste erhalten gebliebene genaue Beschreibung des Goldenen Schnittes findet sich im zweiten Buch der Elemente des Euklid (um 300 v. Chr., siehe Innere Teilung nach Euklid), der darauf über seine Untersuchungen an den platonischen Körpern und dem Fünfeck beziehungsweise dem Pentagramm stieß. Seine Bezeichnung für dieses Teilungsverhältnis wurde später ins Lateinische als „“ übersetzt, was als „Teilung im inneren und äußeren Verhältnis“ bezeichnet wird.

Mittelalter 

In seinem Rechenbuch Liber abbaci (nicht erhaltene Erstfassung 1202, erhaltene 2. Fassung nicht vor 1220), einem umfangreichen arithmetischen und algebraischen Lehrwerk über das Rechnen mit den indo-arabischen Ziffern, kommt der italienische Mathematiker Leonardo da Pisa, genannt „Fibonacci“, kurz auf die später nach ihm benannte Fibonacci-Folge zu sprechen. Fibonacci führt die Zahlenfolge vor (2, 3, 5, 8 … 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  und  zu finden mit  und . Hierzu weist Fibonacci darauf hin, dass im Fall von  die Proportion  gilt, 10 also von  und  im Verhältnis des Goldenen Schnittes geteilt wird („“). Aber auch hier stellt er den Zusammenhang zum Goldenen Schnitt nicht her.

Renaissance 

Die Entdeckung, dass sich bei Teilung eines Gliedes der Fibonacci-Folge durch das vorhergehende Reihenglied als Näherungswert  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. Jahrhunderts Euklids Theorem II.11 in der Euklid-Ausgabe Paciolis von 1509 kommentierte:

Der Herausgeber dieser Euklid-Ausgabe, der Franziskaner 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 […]  (göttliches Verhältnis)“, was sich auf Platons Identifizierung der Schöpfung mit den fünf 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. Jahrhundert v. 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 vitruvianischen Menschen. Das Verhältnis der Seitenlänge des den Menschen umgebenden Quadrats zum Radius des umgebenden Kreises – nicht das Verhältnis der Proportionen des Menschen selbst – 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 würde diese Abweichung bei einem konstruktiven Verfahren nicht zu erwarten sein.

Im Oktober 1597 stellte Johannes Kepler in einem Brief an seinen früheren Tübinger Professor Michael Maestlin 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. Das entspricht einer bis auf die sechste Nachkommastelle genauen (und bis zur fünften korrekten) Angabe des Goldenen Schnittes und ist nach den älteren sexagesimalen Berechnungen der Antike die erste bekannte dezimale Angabe dieser Art.

Seit dem 18. Jahrhundert 
Populär wurde der Begriff Goldener Schnitt erst in der ersten Hälfte des 19. 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 griechischen Kalendersysteme in Verbindung gebracht. In der deutschen Literatur sind bereits Anfang des 18. Jahrhunderts vereinzelt Hinweise auf eine sinngemäße bzw. wortwörtliche Form des Begriffes „Goldener Schnitt“ zu finden. Erst ab dem zweiten Viertel des 19. Jahrhunderts war er weiter verbreitet. 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. Johann Wentzel Kaschube in seinem Werk Cursus mathematicus … verwendet. Er beschreibt darin eine geometrische Aufgabe (Näheres im Abschnitt Konstruktionsverfahren), deren Lösung dieses besondere Teilungsverhältnis verlangt. Am Schluss der Aufgabe §.35. ist zu lesen: „Die Alten hissen [sc. hießen] diesen Schnitt den Goldenen.“ Zu jener Zeit fand das Teilungsverhältnis des Goldenen Schnittes auch in der Akustik im Zusammenhang mit Verhältnissen der Saitenlänge Anwendung. Diese Form der Saitenteilung – so Ernst Florens Friedrich Chladni 1802 in Die Akustik unter Die geometrische Theilung  – wollte auch Gottfried Wilhelm Leibniz. Zwar lassen sich damit nicht Tonhöhenabstände, sprich Intervalle finden, „desto brauchbarer ist sie aber, wie im folgenden Abschnitte wird gezeigt werden, zu gewissen nothwendigen Abänderungen derselben.“ Chladni leitete die Tonverhältnisse also nicht aus den Saitenlängen ab, sondern aus den Verhältnissen der Schwingungszahlen. 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.“

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 … das Ergebnis der „Maassbestimmungen […] kurzweg, das Proportionalgesetz“. Er beschreibt es als einen geometrischen Weg zur proportionalen Teilung einer Linie  und stellt fest:

Gustav Theodor Fechner, ein Begründer der experimentellen Psychologie, stellte 1876 bei Untersuchungen mit Versuchspersonen anhand von Rechtecken in der Tat eine Präferenz für den Goldenen Schnitt fest. 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.

Bis ins späte 20. 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 Röntgenstrukturanalysen Beugungsbilder mit fünfzähliger Symmetrie in Quasikristallen der Festkörperphysik. Für diese Entdeckung bekam Shechtman 2011 den Nobelpreis für Chemie. Näheres ist im Abschnitt Quasikristalle enthalten. Die erstmalige Entdeckung des Goldenen Schnitts in fester Materie gelang Forschern des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB) im Kristall aus Kobalt-Niobat (veröffentlicht in der Zeitschrift Science, Januar 2010). Näheres ist im Abschnitt Kobalt-Niobat enthalten.

Grundlegende mathematische Eigenschaften

Irrationalität und Algebraizität 
Der Goldene Schnitt ist eine irrationale Zahl; das heißt, er lässt sich nicht als Bruch zweier ganzer Zahlen darstellen. Weiter bedeutet es, dass die Dezimalentwicklung kein periodisches Muster aufzeigt. Die ersten 50 Nachkommastellen des Goldenen Schnittes sind gegeben durch
.
Seit dem 14. Februar 2021 sind 10 Billionen  Nachkommastellen von  berechnet und verifiziert worden. Zudem gelten bereits 20 Billionen Stellen als berechnet, jedoch noch nicht als verifiziert.

Der Grund, warum  irrational ist, verbirgt sich hinter der Irrationalität von .

Der Beweis, dass  irrational sein muss, erfolgt analog zum Beweis der Irrationalität der Wurzel aus 2 bei Euklid. Dazu ist es nützlich, das Gesetz der bis auf die Reihenfolge eindeutigen Zerlegbarkeit natürlicher Zahlen in Primzahlen zu kennen. Nimmt man an, es sei  mit einem vollständig gekürzten Bruch  mit positiven ganzen Zahlen , so gilt bereits
.
Es ist also  und ergo auch  durch  teilbar, da  eine Primzahl ist. Damit besitzt  also den Primteiler ,und dieser taucht bei  in gerader Anzahl auf, da sich beim Quadrieren alle Primfaktoren verdoppeln. Da  und  teilerfremd sind – es ist  nach Annahme vollständig gekürzt – taucht der Primfaktor  nirgends in  auf. Ergo taucht er nur einmal in  auf. Dies ist ein Widerspruch zur eindeutigen Primfaktorzerlegung, die besagt, dass auf beiden Seiten gleich viele Fünfen auftauchen müssen, aber  ist keine gerade Zahl. Zu guter Letzt muss dann auch  irrational sein, da irrationale Zahlen im Produkt mit rationalen Zahlen (außer 0) und in Summe mit rationalen Zahlen wieder irrational sind.

Die Goldene Zahl ist ferner eine algebraische Zahl vom Grad 2, insbesondere kann sie mit Zirkel und Lineal konstruiert werden. Damit grenzt sie sich von anderen berühmten Konstanten, wie der Kreiszahl  oder der Eulerschen Zahl , ab, die transzendent, und damit niemals Nullstelle eines nicht-konstanten Polynoms mit rationalen Koeffizienten sind.

Zusammenhang mit den Fibonacci- und Lucas-Zahlen 

In einem engen Zusammenhang zum Goldenen Schnitt steht die unendliche Zahlenfolge der Fibonacci-Zahlen (siehe unten die Abschnitte Mittelalter und Renaissance):

 .

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  bedeutet nämlich

 .

Sofern dieses Verhältnis gegen einen Grenzwert  konvergiert, muss für diesen gelten

 .

In der Tat lässt sich daraus

folgern. Die Glieder der Fibonacci-Folge  lassen sich für alle  über die Formel von Binet berechnen:

 .

Diese Formel liefert die für die Fibonacci-Folge veranschlagten Anfangswerte  und  und erfüllt die rekursive Gleichung  für alle  mit .

Ähnlich gilt

für die -te Lucas-Zahl. Allgemeiner ist jede komplexe Folge  mit  von der Form , wobei  komplexe Zahlen sind, und umgekehrt.

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  stets unendlich viele rationale Zahlen  gibt, so dass
.
Dieses Resultat ist fundamental im Gebiet der diophantischen Approximation. Erhöht sich der Nenner , sind grundsätzlich auch bessere Annäherungen möglich, wie das sogar quadratische Abklingen der rechten Seite zeigt. Bemerkenswert ist die Konstante , die optimal gewählt ist, also nicht weiter vergrößert werden kann. Grund dafür ist der Goldene Schnitt, der (zusammen mit zu ihm äquivalenten Zahlen) die Eigenschaft hat, dass für alle  nur endlich viele rationale Annäherungen mit

existieren. Für irrationale Zahlen, die nicht zu  äquivalent sind, lässt sich die Konstante  größer als  wählen (nämlich mit Wert  (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“.

Der mathematische Beweis der oberen Aussage fußt auf sogenannten 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 , woraus sich durch wiederholte Anwendung ergibt:

 .

Bricht man die Kettenbruchentwicklung ab, erhält man stets einen Bruch aus zwei aufeinanderfolgenden Fibonacci-Zahlen. Weil im Kettenbruch lediglich Einsen auftauchen – die kleinste natürliche Zahl –, nähert sich dieser Kettenbruch mit der „minimal möglichen Geschwindigkeit“ der Goldenen Zahl an. Im Vergleich ist der Kettenbruch zur Kreiszahl  – ebenfalls irrational – deutlich schneller konvergent.

In der Theorie der dynamischen Systeme werden Zahlen, deren unendliche Kettenbruchdarstellung ab einer Stelle nur noch Einsen enthält, als „noble Zahlen“ bezeichnet. In diesem Kontext wird der Goldene Schnitt als „nobelste“ aller noblen Zahlen bezeichnet.

Geometrische Aussagen

Konstruktionsverfahren 
Als Konstruktionsverfahren werden nach den Postulaten des Euklid nur diejenigen Verfahren akzeptiert, die sich auf die Verwendung von 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 harmonischen Teilung dar. Aufgeführt werden im Folgenden auch zwei moderne, von Künstlern gefundene Konstruktionen.

Innere Teilung

Äußere Teilung

Im Fünfeck und im 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,  verhält sich zu  wie  zu . Der Beweis dazu nutzt die Ähnlichkeit geeignet gewählter Dreiecke.

Das Pentagramm, eines der ältesten magischen Symbole der Kulturgeschichte, steht in einer besonders engen Beziehung zum Goldenen Schnitt. 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.

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  gilt. Ursache ist, dass das Dreieck  zwei gleiche Winkel besitzt, wie durch Parallelverschiebung der Strecke  erkannt werden kann, und daher gleichschenklig ist. Nach dem Strahlensatz gilt:

 

Wird  ersetzt und die Gleichheit der auftretenden Teilstücke beachtet, so wird genau die obige Definitionsgleichung für den Goldenen Schnitt erhalten.

Im gleichschenkligen Dreieck 

In einem gleichschenkligen Dreieck , dessen Grundseite  längengleich zu der Höhe  ist, teilt der innerhalb des Dreiecks liegende Schnittpunkt  des Inkreises mit der Höhe diese im Goldenen Schnitt.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann  angenommen werden. Die rechtwinkligen Dreiecke  und  sind kongruent, da sie in zwei Seiten und dem (rechten) Gegenwinkel der größeren Seite übereinstimmen. Es gilt  und damit . Nach dem Satz des Pythagoras gilt  in dem rechtwinkligen Dreieck . Ebenfalls nach dem Satz des Pythagoras gilt in dem rechtwinkligen Dreieck : . Mit  folgt hieraus  = (Höhe von ABC) : (Durchmesser des Inkreises von ABC), was zu zeigen war.

Im Umkreis eines gleichseitigen Dreiecks 

In dem gleichseitigen Dreieck  schneidet die durch  und  verlaufende Parallele zu  den Umkreis in  und . Ist , dann teilt  die Strecke  im Goldenen Schnitt.

Aus den Eigenschaften eines gleichseitigen Dreiecks und aus dem Strahlensatz folgen unmittelbar die Längengleichheiten
 und .
Nach dem Sehnensatz gilt:
 

Somit teilt  die Strecke  im Goldenen Schnitt.

Im Quader 

Für einen Quader mit den Kantenlängen ,  und , der Raumdiagonalenlänge  und dem Volumen  gelte , ,  und .

Dann gilt für den Goldenen Schnitt  das Verhältnis .

Aus der Volumengleichung  folgt  wegen . (1)

Da die Raumdiagonale die Länge 2 hat, gilt . (2)

Aus (1) und (2) erhält man  mit den Lösungen  oder  und damit analog  oder .

Wegen  kommen nur  und  in Betracht. Also gilt .

Im Ikosaeder 

Die 12 Ecken des Ikosaeders bilden die Ecken von 3 gleich großen, senkrecht aufeinanderstehenden Rechtecken 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. Diese Anordnung der 3 Rechtecke wird auch Goldener-Schnitt-Stuhl genannt. Weil der Ikosaeder zum Pentagondodekaeder dual ist, bilden die 12 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.

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.

 Zum Vergleich von Rechtecksproportionen siehe Abschnitt Vergleich mit anderen prominenten Seitenverhältnissen.
 Ein Goldenes Dreieck ist Inhalt der Methode äußere Teilung im Abschnitt Konstruktionsverfahren, äußere Teilung

Goldener Winkel 

Der Goldene Winkel wird erhalten, wenn der Vollwinkel im Goldenen Schnitt geteilt wird. Dies führt auf den überstumpfen Winkel 
Gewöhnlich wird aber seine Ergänzung zum Vollwinkel,  als Goldener Winkel bezeichnet. Dies ist dadurch gerechtfertigt, dass Drehungen um  keine Rolle spielen und das Vorzeichen nur den Drehsinn des Winkels bezeichnet.

Durch wiederholte Drehung um den Goldenen Winkel entstehen immer wieder neue Positionen, etwa – wie im Bild – für die Blattansätze (Näheres im Abschnitt Biologie).

Dabei zerlegen die ersten  Positionen den Kreis in  Ausschnitte. Diese  Ausschnitte haben höchstens drei verschiedene Winkel. Im Fall einer Fibonacci-Zahl  treten nur zwei Winkel  auf. Für  tritt der Winkel  hinzu.

Betrachtet man für wachsendes  fortfolgend die sich verfeinernden Zerlegungen des Kreises, so teilt die -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  mit geradem  vor einem Winkel  mit ungeradem  liegt.

Wenn wir den Ausschnitt mit dem Winkel  mit  bezeichnen, so erhalten wir nacheinander die Kreiszerlegungen
,
,
,
,
,
,
,
,
,

usw.

Goldene Spirale 
Die Goldene Spirale, unter anderem auch  oder Bernoulli’sche Spirale genannt, ist ein Sonderfall der logarithmischen Spirale. Wie eine solche konstruktiv erzeugt werden kann, zeigen die beiden folgenden Möglichkeiten.

Mithilfe eines Goldenen Rechtecks 
Diese Spirale lässt sich mittels rekursiver Teilung eines Goldenen Rechtecks in je ein Quadrat und ein weiteres, kleineres Goldenes Rechteck konstruieren. Ihr Radius ändert sich bei jeder 90°-Drehung um den Faktor .

Die Goldene Spirale lässt sich unter Verwendung von Polarkoordinaten durch
 
parametrisieren. Die Idee von Polarkoordinaten ist hierbei, einen Punkt  in der Ebene durch seinen Abstand  zum Ursprung und den mit der -Achse eingeschlossen Winkel  festzulegen. Dessen Polarkoordinaten sind dann , und durch Wahl des Radius in Abhängigkeit vom sich verändernden Winkel  lassen sich manche geometrische Figuren durch eine entsprechende Funktion  einfacher beschreiben als in klassischen kartesischen Koordinaten. Zu beachten ist, dass mehrfache Umdrehungen um den Ursprung, etwa in den Fällen  (Ausgangslage),  (eine Volldrehung),  (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.

Die Goldene Spirale ist unter den logarithmischen Spiralen durch die folgende Eigenschaft ausgezeichnet. Seien  vier auf der Spirale aufeinanderfolgende Schnittpunkte mit einer Geraden durch das Zentrum. Dann sind die beiden Punktepaare  und  harmonisch konjugiert, das heißt, für ihr Doppelverhältnis gilt:

Mithilfe eines Goldenen Dreiecks 

Eine vergleichbare Möglichkeit für die konstruktive Darstellung einer Goldenen Spirale bietet das Goldene Dreieck. Das nebenstehende Bild zeigt ein solches gleichschenkliges Dreieck  mit den Basiswinkeln  und dem Scheitelwinkel  bei . Es gilt: .

In diesem Fall beinhaltet die Konstruktion der Goldenen Spirale 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 . Sie enthält eine Drehung um  (entspricht ). Daraus ergibt sich eine Streckung mit dem Faktor .

Konstruktion

Es beginnt mit dem Halbieren des Winkels  am Scheitel . Dabei teilt der generierte Punkt  die Schenkellänge  im Goldenen Schnitt. Es entsteht dabei das gleichschenklige stumpfwinklige Dreieck  sowie das Dreieck . Dass letzteres auch ein Goldenes Dreieck ist, zeigt die folgende einfache Überprüfung der Winkelweiten.

Am Scheitel  ergibt sich durch die Winkelhalbierende des Ausgangsdreiecks die Winkelweite ; der Basiswinkel am Scheitel  bleibt unverändert . Wird die Winkelsumme eines ebenen Dreiecks mit  berücksichtigt, ist am Scheitel  der Basiswinkel ebenfalls . Dies zeigt auf, das entstandene Dreieck  und das Goldene Dreieck  sind zwei zueinander ähnliche Dreiecke.

Für den Nachweis, dass der Punkt  tatsächlich die Schenkellänge  im Goldenen Schnitt teilt, gilt:
.

Nun bedarf es noch der Bestimmung des Polpunktes  als Schnittpunkt der beiden Seitenhalbierenden  und . Die darüber hinaus eingezeichneten goldenen Dreiecke  und anderes mehr zeigen, dass diese Vorgehensweise beliebig weit fortgesetzt werden kann.

Mit  und  sind die ersten fünf Punkte auf der – noch zu konstruierenden – Spirale bestimmt. Hat der Polpunkt  die Polarkoordinaten , so gilt für die goldene Spirale () die Polargleichung

.

Angenäherte Goldene Spirale 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  (entspricht ) und dem Radius gleich dem eines Schenkels gezogen.

Mit anderen Worten: Am Dreieck  wird um dessen Scheitelpunkt  (mit dem stumpfen Winkel), ein Kreisbogen von  nach  gezogen. Gleiches gilt für die weiteren ähnlichen Dreiecke.

Geometrisches Mittel 

Wird die Strecke  mit Länge  durch den Punkt  im Verhältnis des Goldenen Schnitts in zwei Teilstrecken  und  mit Längen  und  geteilt, so ist  bereits das geometrische Mittel der Zahlen  und . Das folgt aus der allgemeinen Definition des geometrischen Mittels , hier: .
In der Tat folgt mit  bereits
.
Des Weiteren folgt daraus unmittelbar, dass  wiederum das geometrische Mittel von  und  ist. Man hat in diesem Fall
.

Gefalteter und verknoteter Papierstreifen 

Mit der im Folgenden beschriebenen Papierstreifen-Methode erzeugt ein sogenannter Überhandknoten ein regelmäßiges Fünfeck (Bild 1), bei dem die Faltenlänge (rot) die Seitenlänge  ist und die Diagonale (grün) – gebildet von der Kante des Papierstreifens – die Länge  hat.

Die Diagonale und die sich daran anschließenden drei Seiten des Fünfecks bilden ein symmetrisches Trapez.

Hilfssatz 
(1) Ist  ein symmetrischen Trapez (Bild 2), so gilt
 ,
so ist die Diagonale  auch die Winkelhalbierende des Winkels .

(2) Ist der Winkel , so verhält sich

Beweise 
Zu (1)

Vorausgesetzt das Dreieck  ist gleichschenklig, so ist  und .
Aus der Symmetrie des Trapezes ergibt sich die Gleichheit der vier betrachteten Winkel (grün).

Die beiden Diagonalen  und  schneiden sich im Scheitel  und erzeugen damit den Scheitelwinkel .

Infolgedessen sind die Basiswinkeln des gleichschenkligen Dreiecks  gleich denen des . Demzufolge ergibt sich die Gleichheit . Somit ist bestätigt:  ist die Winkelhalbierende von .

Zu (2)

Aufgrund der Voraussetzung folgt mittels Hilfssatz (1), der Winkel . Wegen der Symmetrie des Trapezes ist auch der Winkel . Da die Winkelsumme im Dreieck  beträgt, ist auch .

Demzufolge ist das Dreieck  wegen seiner Innenwinkeln  ein Goldenes Dreieck. Das Dreieck  hat – für eine mögliche Zahl  – deshalb die Seitenlängen . Somit ist bestätigt:
 .

Vorbereitung des Papierstreifens 

Zuerst ist die Streifenbreite gleich der Trapezhöhe zu ermitteln und anschließend die Anordnung der vier Trapeze () darzustellen (Bild 3). Hierzu werden die ermittelten Abmaße des symmetrischen Trapezes  – z. B. aus einem bereits konstruierten Fünfeck (siehe Bild 2) – auf einem Blatt Papier übertragen. Nach dem Beschriften der beiden Enden mit , 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 , demzufolge das Trapez  oberhalb des Streifenendes  (Bild 4) zum liegen kommt. Der Punkt  der Diagonale  ist dabei direkt auf dem Punkt  positioniert. Das regelmäßige Fünfeck  kann man bereits jetzt erkennen.

Die zweite Faltung mit der Faltlinie  (Bild 5) und dritte Faltung mit  (Bild 6) werden analog zur ersten ausgeführt. Schließlich benötigt es nur noch das Durchziehen (Verknoten) des Streifenendes  zwischen dem Streifenende  und dem Trapez , um das gesuchte regelmäßige Fünfeck mit Goldenen Schnitt zu erhalten.

Weitere mathematische Eigenschaften

Algebraische Zahlentheorie 
Der Goldene Schnitt ist als Nullstelle des Polynoms  eine algebraische Zahl. Weil das Polynom normiert ist und alle Koeffizienten ganzzahlig sind, ist der Goldene Schnitt sogar algebraisch ganze Zahl. Es sei , dann ist  eine Körpererweiterung von Grad 2. Damit ist  ein quadratischer Zahlkörper. Es ist der reell-quadratische Zahlkörper kleinster Diskriminante, nämlich 5 (der reell-quadratische Zahlkörper mit nächstgrößerer Diskriminante ist  mit Diskriminante 8). Es sei  der zugehörige Ganzheitsring. Weil  ganz ist, gilt , aber mehr als das: Wegen

ist der Goldene Schnitt sogar Einheit des Ganzheitsrings . Sein multiplikativ Inverses ist . Dies lässt sich algebraisch allein durch Kenntnis des Minimalpolynoms  zeigen:

Jedoch ist der Goldene Schnitt nicht nur eine Einheit des Ganzheitsrings , sondern sogar Fundamentaleinheit des Ganzheitsrings. Das bedeutet, jedes Element aus  ist von der Form  mit . Darüber hinaus bilden  eine -Basis von . Das heißt, jedes Element aus  lässt sich eindeutig als  mit  schreiben. Es bildet auch  eine -Basis von . Dabei ist .

Kettenwurzel 
Aus  lässt sich folgende unendliche Kettenwurzel herleiten:
 

Setzt man also  und  mit , so gilt
.
Hinsichtlich der Konvergenzgeschwindigkeit gilt
, wobei . Es gilt die exakte Formel
.
Sie kann auch implizit charakterisiert werden. Es bezeichne  die für  analytische Funktion, so dass die Differentialgleichung

sowie  und  erfüllt ist. Dann gilt .

Trigonometrische und Hyperbolische Funktionen 
Aus der Trigonometrie folgt unter anderem

und

,
sowie
.
Es ist  der volle Spitzwinkel und  die Hälfte des stumpfen Außenwinkels des Pentagramms. Gelegentlich wird die Rolle des Goldenen Schnitts für das Fünfeck als vergleichbar bedeutend bezeichnet wie die der Kreiszahl  für den Kreis. Ein weiterer Zusammenhang zur Kreiszahl  ergibt sich über den Arkustangens, der Umkehrfunktion des Tangens aus der Trigonometrie. Es gilt

.

Der Goldene Schnitt lässt sich mit Hilfe der Eulerschen Zahl und der hyperbolischen Areasinus-Funktion ausdrücken:

Unendliche Reihen 
Einsetzen von  in die für  gültige geometrische Reihenformel  ergibt:

 .

Es gilt zudem

.

Eine weitere Reihe, die den logarithmierten Goldenen Schnitt enthält, beinhaltet die mittleren Binomialkoeffizienten:
.
Da gleichzeitig auch die Identität

für die nicht alternierende Variante gilt, wird hier eine „Verbindung“ zwischen der Kreiszahl  und dem Goldenen Schnitt gesehen.

Eine schnell konvergente Reihe beinhaltet die Fibonacci-Folge:

.

Rogers-Ramanujan Kettenbrüche 
Es gilt
 ,
 .

Dabei bezeichnet  die Eulersche Zahl und  die Kreiszahl. Setzt man für 

so hat man allgemeiner für  mit 

 ,

sowie

 .

Diese Entdeckungen gehen auf Srinivasa Ramanujan zurück. Die Funktion  wird auch als Rogers-Ramanujan-Kettenbruch bezeichnet und hat Verbindungen zur Theorie der Modulformen.

Zusammenhang zur Chintschin-Levy-Konstante 
Definiert man den nächstgelegenen ganzzahligen Kettenbruch (englisch: nearest integer continued fraction) für reelle Zahlen  via

über die Rekursion

so können die  eventuell negative Zahlen sein. Für die Chintschin-Levy-Konstante gilt in diesem Falle

für alle betroffenen reellen Zahlen bis auf eine Lebesgue-Nullmenge. Das bedeutet, dass alle Zahlen , „bis auf 0 %“ in einem asymptotischen Sinne, diese Gesetzmäßigkeit erfüllen. Ist zudem  der (vollständig gekürzte) -te Näherungsbruch dieser Konstruktion, so gilt wieder bis auf Nullmenge
.

Alternierende Bit-Mengen 
Jede natürliche Zahl lässt sich eindeutig über das 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 1.
 Die Zahl ganz zur Rechten der ausgewählten Positionen ist 0.

Man bezeichnet die Anzahl der alternierenden Bit-Mengen einer Zahl  mit . Es ist zum Beispiel , denn im Binärsystem gilt , und daher sind die möglichen alternierenden Bit-Mengen (aus formalen Gründen inklusive der leeren Menge):

.

Es bezieht sich z. B.  auf . Es entspricht  gleichzeitig der Anzahl der Möglichkeiten,  als Summe von Zweierpotenzen zu schreiben, ohne dabei eine Potenz mehr als zweimal zu benutzen. Diese zahlentheoretische Funktion  hat eine Verbindung zum Goldenen Schnitt, denn es konnte

gezeigt werden. Dabei ist  der Limes superior. Ob der innere Wert sogar 1 beträgt, konnte bisher nicht gezeigt werden.

Verbindung zu speziellen Funktionen 
Über die Formel

wird eine direkte Verbindung zur Gammafunktion hergestellt. Dabei ist wie üblich  die Kreiszahl. Die Gammafunktion stellt eine Fortsetzung der Fakultätsfunktion auf komplexe Zahlen dar.

Für den Trilogarithmus  gilt die Identität
.
Dabei bezeichnet  den Wert der Riemannschen Zeta-Funktion an der Stelle , der auch unter Apéry-Konstante bekannt ist.

Varianten und Verallgemeinerungen

Silberner Schnitt 

Der Silberne Schnitt beschreibt das definierte Größenverhältnis zweier Abschnitte mit unterschiedlicher Größe (oder Länge) einer Strecke (oder eines Bereichs).

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:
.

Er hat den Wert

Ebenso wie der Goldene Schnitt ist er also eine quadratisch-irrationale Zahl. Wegen  gilt
 .

Variante über Rechteckflächen 
Es soll eine gegebene Strecke  mit der Länge  um eine Länge  verlängert werden, sodass ein Rechteck mit der Verlängerung  als Breite und  als Länge, gleich ist, einem vorab bestimmten Rechteck mit der Länge  und der Breite . Es soll also

gelten, was sich auf die quadratische Gleichung  reduziert. Daraus ergibt sich über die Mitternachtsformel sogleich

da  gelten soll. Ergeben Konstruktion oder Abmessungen des vorab bestimmten Rechtecks speziell

so ergibt sich zusätzlich

nach dem Umformen erhält man mit

das Teilungsverhältnis des Goldene Schnittes. Die Verlängerung  ist in diesem Falle die mittlere Proportionale, sprich das geometrische Mittel, zwischen  und .

Ephraim Salomon Unger zeigt seinen Weg, der zur Verlängerung  führt:

Konstruktion

(Die Konstruktion wurde, wegen nicht einsehbarer Skizze, der obigen Beschreibung von Unger nachempfunden.)

Es beginnt mit der Halbgeraden  und dem Abtragen der gegebenen Strecke  mit Länge  auf . Der Punkt , für die Länge  des (grünen) Rechtecks, wird rechts von  beliebig auf  gesetzt. Im allgemeinen Fall darf die Breite  frei gewählt werden.

Soll hingegen zum Schluss der Punkt  die gesuchte Strecke  mit Länge  im Goldenen Schnitt teilen, muss  aus  erst noch bestimmt werden. Hierfür wird die Breite  des Rechtecks mittels des Quadrats  mit Fläche  durch die Verbindung der Punkte  mit  und deren Parallele  festgelegt. Es folgt das Einzeichnen des Rechtecks , dessen Flächeninhalt mit  gleich dem des Quadrates  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  um  bis er die Halbgerade  in  schneidet. Nach dem Bestimmen des Mittelpunktes  der Strecke  und dem Ziehen des Kreisbogens mit Radius  um , wird die Senkrechte zu  in  errichtet, bis sie den Kreisbogen in  schneidet. Die Strecke  entspricht dem geometrischen Mittel der Längen  und . Nach dem Halbieren der Strecke  in  wird  mit Länge  ab  auf die Halbgerade  übertragen und der so erzeugte Schnittpunkt  mit  verbunden. Daraus ergibt sich das rechtwinklige Dreieck . Der sich anschließende Kreisbogen mit Radius  um  liefert mit  die gesuchte Länge . Die Übertragung der Länge  auf  ab  erzeugt die Gesamtstrecke  mit Länge .

Der Punkt  teilt somit die Streckenlänge  im Goldenen Schnitt, sofern  gilt.

Das abschließend errichtete blaue Rechteck  über  mit der Breite  hat ganz allgemein den gleichen Flächeninhalt wie das grüne Rechteck .

Kubische Varianten 
Man definiert die Perrin-Folge rekursiv durch , , , und  für alle . Ähnlich wie sich die Quotienten nacheinander folgender Fibonacci-Zahlen dem Goldenen Schnitt nähern, folgt für die Perrin-Zahlen

wobei  die charakteristische Gleichung  erfüllt. Durch Radikale ausgedrückt ergibt sich

Ähnlich wie beim Goldenen Schnitt besitzt auch  eine Entwicklung als Kettenwurzel, dieses Mal jedoch kubisch:
.
In Anlehnung an Goldene Konstante wird  gelegentlich auch als „Plastik-Konstante“ bezeichnet.

Im Falle der „Tribonacci-Folge“ ,  und  für  gilt
.
Es erfüllt  die Gleichung .

Verallgemeinerte Kettenbrüche 
Das Konzept der Kettenbruchentwicklung lässt sch für ganze positive Zahlen  verallgemeinern durch
.
Dies entspricht einer fraktalen Konstruktion durch die iterative Anwendung der Ersetzungsregeln
.
Dieser verallgemeinerte Kettenbruch konvergiert stets gegen die positive Lösung der Gleichung
.
Setzt man in diesem Beispiel also insbesondere , so ergibt sich als Grenzwert die Zahl , die eine kubische Verallgemeinerung des Goldenen Schnittes darstellt.

Asymptotik zufälliger Fibonacci-Folgen 
Setzt man , sowie

für , wobei die Vorzeichen durch unabhängige Zufallsvariablen mit gleichen Wahrscheinlichkeiten für  gegeben sind, zeigte D. Viswanadt

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  annehmen, was aber mit einer (asymptotischen) Wahrscheinlichkeit von 0 Prozent eintritt.

Vorkommen in der Natur

Biologie 

Das spektakulärste Beispiel für Verhältnisse des Goldenen Schnittes in der Natur findet sich bei der Anordnung von Blättern (Phyllotaxis) und in Blütenständen mancher Pflanzen.
Bei diesen Pflanzen teilt der Winkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Blättern den Vollkreis von 360° im Verhältnis des Goldenen Schnittes, wenn die beiden Blattansätze durch eine Parallelverschiebung eines der Blätter entlang der Pflanzenachse zur Deckung gebracht werden. Es handelt sich um den Goldenen Winkel von etwa 137,5°.

Die daraus entstehenden Strukturen werden auch als selbstähnlich bezeichnet: Auf diese Weise findet sich ein Muster einer tieferen Strukturebene in höheren Ebenen wieder.
Beispiele sind die Sonnenblume, Kohlarten, Kiefernnadeln an jungen Ästen, Zapfen, Agaven, viele Palmen- und Yuccaarten sowie die Blütenblätter der Rose, um nur einige zu nennen.

Ursache ist das Bestreben dieser Pflanzen, ihre Blätter auf Abstand zu halten. Es wird vermutet, dass sie dazu an jedem Blattansatz einen besonderen Wachstumshemmer (Inhibitor) erzeugen, der im Pflanzenstamm – vor allem nach oben, in geringerem Umfang in seitlicher Richtung – diffundiert. Dabei bilden sich in verschiedene Richtungen bestimmte Konzentrationsgefälle aus. Das nächste Blatt entwickelt sich an einer Stelle des Umfangs, wo die Konzentration minimal ist. Dabei stellt sich ein bestimmter Winkel zum Vorgänger ein. Würde dieser Winkel den Vollkreis im Verhältnis einer rationalen Zahl  teilen, dann würde dieses Blatt genau in die gleiche Richtung wachsen wie dasjenige  Blätter zuvor. Der Beitrag dieses Blattes zur Konzentration des Inhibitors ist aber an dieser Stelle gerade maximal. Daher stellt sich ein Winkel mit einem Verhältnis ein, das alle rationalen Zahlen meidet. Die Zahl ist nun aber gerade die Goldene Zahl (siehe oben). Da bisher kein solcher Inhibitor isoliert werden konnte, werden auch andere Hypothesen diskutiert, wie die Steuerung dieser Vorgänge in analoger Weise durch Konzentrationsverteilungen von Nährstoffen.

Der Nutzen für die Pflanze könnte darin bestehen, dass auf diese Weise von oben einfallendes Sonnenlicht (bzw. Wasser und Luft) optimal genutzt wird, eine Vermutung, die bereits Leonardo da Vinci äußerte, oder im effizienteren Transport der durch Photosynthese entstandenen Kohlenhydrate im Phloemteil der Leitbündel nach unten. Die Wurzeln von Pflanzen weisen den Goldenen Winkel weniger deutlich auf. Bei anderen Pflanzen wiederum treten Blattspiralen mit anderen Stellungswinkeln zutage. So wird bei manchen Kakteenarten ein Winkel von 99,5° beobachtet, der mit der Variante der Fibonacci-Folge 1, 3, 4, 7, 11, … korrespondiert. In Computersimulationen des Pflanzenwachstums lassen sich diese verschiedenen Verhaltensweisen durch geeignete Wahl der Diffusionskoeffizienten des Inhibitors provozieren.

Bei vielen nach dem Goldenen Schnitt organisierten Pflanzen bilden sich in diesem Zusammenhang so genannte 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 , wobei  eine Fibonacci-Zahl ist. Solche Blätter befinden sich in enger Nachbarschaft, denn das -Fache des Goldenen Winkels  ist ungefähr ein Vielfaches von 360° wegen

 ,

wobei  die nächstkleinere Fibonacci-Zahl zu  und  die nächstkleinere Fibonacci-Zahl zu  ist. Da jedes der Blätter zwischen diesen beiden zu einer anderen Spirale gehört, sind  Spiralen zu sehen. Ist  größer als , 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.

Besonders beeindruckend sind Fibonacci-Spiralen (die damit wiederum dem Goldenen Schnitt zugeordnet sind) in Blütenständen, wie bei Sonnenblumen. 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.

Darüber hinaus wird der Goldene Schnitt im Verhältnis der Längen aufeinander folgender Stängelabschnitte mancher Pflanzen vermutet wie bei der Pappel. Im Efeublatt stehen die Blattachsen a und b (siehe Abbildung) ungefähr im Verhältnis des Goldenen Schnittes. Diese Beispiele sind jedoch umstritten.

Noch im 19. 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 an, dass der Nabel die Körpergröße im Verhältnis des Goldenen Schnittes teile, und der untere Abschnitt werde durch das 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.

Bahnresonanzen 
Seit langem ist bekannt, dass die Umlaufzeiten mancher Planeten und Monde in Verhältnis kleiner ganzer Zahlen stehen wie Jupiter und Saturn mit  oder die Jupitermonde Io, Ganymed und Europa mit . Derartige Bahnresonanzen stabilisieren die Bahnen der Himmelskörper langfristig gegen kleinere Störungen. Erst 1964 wurde entdeckt, dass noble Verhältnisse, wie sie im Fall  vorliegen würden, stabilisierend wirken können. Derartige Bahnen werden KAM-Bahnen genannt, wobei die drei Buchstaben für die Namen der Entdecker Andrei Kolmogorow, V. I. Arnold und Jürgen Moser stehen.

Die Cassini-Teilungen in den Saturnringen 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.

Schwarze Löcher 
Kontrahierbare kosmische Objekte ohne feste Oberfläche, wie 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 des Schwarzen Loches abhängt. In einer -dimensionalen Raumzeit kommt dabei eine Metrik  ins Spiel, deren Eigenwerte  für  sich als Nullstellen des charakteristischen Polynoms
 
ergeben.

Kristallstrukturen

Quasikristalle 
Der Goldene Schnitt tritt bei den Quasikristallen der Festkörperphysik in Erscheinung, die 1984 von Dan Shechtman und seinen Kollegen entdeckt wurden. Dabei handelt es sich um Strukturen mit fünfzähliger Symmetrie, aus denen sich aber, wie bereits Kepler erkannte, keine streng periodischen Kristallgitter aufbauen lassen, wie dies bei Kristallen üblich ist. Entsprechend groß war die Überraschung, als bei Röntgenstrukturanalysen Beugungsbilder mit fünfzähliger Symmetrie gefunden wurden. Diese Quasikristalle bestehen strukturell aus zwei verschiedenen rhomboedrischen Grundbausteinen, mit denen der Raum zwar lückenlos, jedoch ohne globale Periodizität gefüllt werden kann (Penrose-Parkettierung). Beide Rhomboeder setzten sich aus den gleichen rautenförmigen 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.

Kobalt-Niobat 
Im atomaren Aufbau des Kristalls aus Kobalt-Niobat entdeckten Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB) Symmetrieeigenschaften erstmal 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 Heisenbergs 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 fraktales Muster vor.

Als die Forscher dies als Modell für die Untersuchung des Festkörpermagnetismus nutzten, machten sie eine überraschende Entdeckung: Die Wechselwirkung, die benachbarte Spinketten miteinander eingehen, entspricht der Schwingung einer Gitarrensaite, deren ersten beiden Resonanzfrequenzen im Verhältnis , zueinander stehen. „Was genau dem Goldenen Schnitt entspricht“, so Radu Coldea, Leiter des über zehn Jahre laufenden internationalen Projektes.

Vergleich mit anderen prominenten Seitenverhältnissen 
Die folgende Abbildung zeigt im Vergleich verschiedene Rechtecke mit prominenten Seitenverhältnissen in der Umgebung von  Angegeben ist jeweils das Verhältnis von Höhe zu Breite und der entsprechende Zahlenfaktor:

  – Traditionelles Fernsehformat und Ballenformat für Packpapier. Auch bei älteren Computermonitoren verwendet (z. B.: ). Dieses Format geht zurück auf Thomas Alva Edison, der 1889 das Format des klassischen Filmbildes (35-mm-Film) auf  festlegte.
  – 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.
  – Seitenverhältnis beim Kleinbildfilm .
  – Manche Computerbildschirme  Diese passen mit  fast zum Goldenen Schnitt.
  – Seitenverhältnis im Goldenen Schnitt. Im Bild approximiert mit  (theoretischer Fehler nur ). 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.
  – Findet neben vielen anderen als Kinofilmformat Verwendung.
  – Breitbildfernsehen.

Anwendung in Technik und Mathematik

Der Goldene Zirkel (Reduktionszirkel) 

Anstatt stets neu konstruieren zu müssen, wurde im 19. Jahrhundert von Künstlern und Handwerkern ein Goldener Zirkel – ein auf das Goldene Verhältnis eingestellter Reduktionszirkel – benutzt. Insbesondere im Schreinerhandwerk kam ein ähnliches Instrument in Form eines Storchschnabels zur Anwendung. Bereits in der Antike fand der Reduktionszirkel Verwendung, dies zeigt z. B. der Fund eines Vorläufers bei den Ausgrabungen in Pompeji. 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.

Für die Lage des Drehpunktes gilt:
 .

Mithilfe eines solchen Reduktionszirkels gelingt die Teilung einer gegebenen Streckenlänge  in  (innere Teilung) sowie die Verlängerung einer Strecke  um die Länge  (äußere Teilung). Punkt  teilt die Streckenlänge  im Goldenen Schnitt.

Der von Adalbert Göringer im Jahre 1893 erfundene Reduktions- bzw. Proportionalzirkel – dargestellt in den nebenstehenden Bildern – ist eine Weiterentwicklung. 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
 ,

dann gilt:
 .

Rechteck mit einbeschriebenem Dreieck 

Die Flächengleichheit bedeutet, dass  gilt.

Aus der Gleichheit des ersten und zweiten Terms folgt  (1) und aus der Gleichheit des ersten und dritten Terms  (2).

Aus (1) und (2) ergibt sich:
 .
Wegen
 
gilt dann auch:

Gleichschenkliges Dreieck, gegebene Strecke teilt gesuchten Schenkel im Goldenen Schnitt 

Von M. Johann Wentzel Kaschube stammt die im Folgenden beschriebene und im Anschluss konstruktiv dargestellte geometrische Aufgabe aus dem Jahr 1717.

Gesucht ist also ein gleichschenkliges Dreieck, in dem eine gegebene Strecke  sowie ein Schenkel des Dreiecks zueinander orthogonal sind und der Punkt  diesen Schenkel im Verhältnis des Goldenen Schnitts teilt.

Konstruktionsbeschreibung
(Angelehnt an die Beschreibung des Originals, die darin erwähnte Fig. 7 ist auf Tab. I Alg. Fig. 8)

Zuerst wird die Strecke  mit der frei wählbaren Länge  senkrecht auf die Gerade  errichtet. Es folgt das rechtwinklige Dreieck , in dem die Seite  mit Länge  auf der Geraden  liegt. Der Kreisbogen um  mit Radius  ergibt Schnittpunkt , der Kreisbogen um  mit Radius  teilt in  die Seite  im Goldenen Schnitt. Ziehe einen Kreis um  mit Radius , ergibt Schnittpunkt  und einen Kreisbogen um  mit Radius . Nun errichte eine Senkrechte auf  ab  bis sie den Kreisbogen in  schneidet. Mit  ist das geometrische Mittel der beiden Streckenlängen  und  bestimmt. Ein Kreisbogen um  mit Radius  schneidet den Kreis um  in , und dabei ergibt sich das rechtwinklige Dreieck . Abschließend wird die Strecke  bis auf die Gerade  verlängert und um den soeben entstandenen Schnittpunkt  ein Kreisbogen mit Radius  gezogen, bis er die Gerade  in  schneidet.

Im somit gefundenen gleichschenkligen Dreieck  teilt der Punkt  der Senkrechten  den Schenkel  im Goldenen Schnitt.

Dreiecksfraktal 

Ab 1975 sind in der Mathematik die unterschiedlichsten Fraktale entwickelt worden.

Das folgende Fraktal – mit sieben Iterationsschritten – verwendet ein gleichseitiges Dreieck als Ausgangsform. An seinen Ecken wird ein Dreieck mit einem bestimmten Verkleinerungsfaktor  Spitze an Spitze angehängt. Der Verkleinerungsfaktor  wird so gewählt, dass das Verhältnis der Seitenlängen zueinander dem Teilungsverhältnis  des Goldenen Schnittes entspricht.

Fraktale werden meist mithilfe eines Computers erstellt. Dieses zweidimensionale Dreiecksfraktal ist – mit entsprechendem Aufwand – auch als Konstruktion mit Zirkel und Lineal darstellbar.

Skizze 

Anhand der nebenstehenden Skizze wird der Verkleinerungsfaktor , die gewünschte Anzahl der Äste (Dreiecke) und somit auch der Abstand der letzten Äste zueinander grafisch bestimmt.

Es beginnt mit der Konstruktion eines gleichseitigen Dreiecks mit der Seitenlänge gleich . Halbiert man nun dessen beide Schenkel und zieht die Gerade  durch die soeben erhaltenen Mittelpunkte, ergibt sich das gleichseitige (grüne) Ausgangsdreieck des Fraktals mit Seitenlänge gleich . 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 , der gesuchte Verkleinerungsfaktor  links und rechts vom Ausgangsdreieck.

Nachweis des Verkleinerungsfaktors f 

Die oben beschriebenen Konstruktionsschritte gleichen denen der Konstruktion nach Odom.

Somit gilt in diesem Fall:
 
daraus folgt
 
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 Exponent des Verkleinerungsfaktors  um  erhöht:

Beutelspacher ermittelte in Der Goldene Schnitt den Wert des Abstandes, bei dem sich die entgegenkommenden Äste im Grenzfall berühren, letztendlich aus der kubischen Gleichung (siehe nebenstehendes Bild)
 ;
deren einzige positiven Lösung ist
 .
Somit ist aufgezeigt:  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.

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  verhielt. Diese Wahl von Fibonacci-Zahlen approximiert den Goldenen Schnitt. Eine solche Gestaltung wird auch weiterhin in Teilen der Fachliteratur zum Buchdruck empfohlen.

Anwendung in der bildenden Kunst 

Seit dem 19. 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. 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 … überschätzt zu finden.“

Architektur 

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. Die entsprechende Textstelle ist allerdings interpretierbar. Andererseits wird die These vertreten, dass das Verhältnis  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. Chr. unter Perikles erbauten Parthenon-Tempels auf der Athener Akropolis. 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, wie der Dom von Florenz, Notre Dame in Paris oder die Torhalle in Lorsch (770 n. Chr.) zu finden. 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 Alte Rathaus in Leipzig, ein Renaissancebau aus den Jahren 1556/57, genannt. 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. Jahrhundert: Der Architekt und Maler Le Corbusier (1887–1965) entwickelte ab 1940 ein Längen-Maßsystem, dessen Maßeinheiten 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 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. 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.

So werden zahlreichen Skulpturen griechischer Bildhauer, wie der Apollo von Belvedere, der Leochares (um 325 v. Chr.) zugeschrieben wird, oder Werke von Phidias (5. Jahrhundert v. Chr.) als Beispiele für die Verwendung des Goldenen Schnittes angesehen. Auf letzteren bezieht sich die oft übliche Bezeichnung  für den Goldenen Schnitt, die ungefähr 1909 von dem amerikanischen Mathematiker Mark Barr eingeführt wurde. Die ebenfalls gelegentlich verwendete Bezeichnung  bezieht sich dagegen auf das griechische Wort  für „Schnitt“.

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.

Ein berühmtes Beispiel ist das Gemälde Mona Lisa von Leonardo da Vinci. Es weist Merkmale des Goldenen Schnitts auf und lässt mehrere Goldene Dreiecke sowie die Goldene Spirale erkennen. In Abbildung 1 teilt der Punkt  (Mona Lisas linkes Auge) die Strecken  und  im Goldenen Schnitt. Die Dreiecke  und  sind Goldene Dreiecke, da bei jedem dieser sechs Dreiecke Grundseite und Schenkel im Verhältnis des Goldenen Schnitts zueinander stehen. In Abbildung 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.

Bekanntlich stellte auch Albrecht Dürer zahlreiche theoretische Untersuchungen an und beschäftigte sich mit mathematischen Fragestellungen. 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 an keiner Stelle erwähnt.

Auch im 19. und 20. 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 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. Allerdings existieren In einer vorbereitenden Zeichnung lediglich Linien, die nicht mit dem Goldenen Schnitt korrespondieren. Damit bleibt offen, ob Seurat den Goldenen Schnitt bewusst oder intuitiv angewandt hat.

In der Fotografie wird der Goldene Schnitt zur Bildgestaltung eingesetzt. Als Faustformel wird die Drittel-Regel verwendet.

Zeitgenössische bildende Kunst 

In der zeitgenössischen 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. Der Künstler Jo Niemeyer verwendet den Goldenen Schnitt als grundlegendes Gestaltungsprinzip in seinen Werken, die der konkreten Kunst zugeordnet werden. Der Künstler Ivo Ringe, der ebenso ein Vertreter der konkreten Kunst ist, nutzt den Goldenen Schnitt in vielen seiner Werke. 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. Irene Schramm-Biermann legt ihre künstlerischen Schwerpunkte auf Konkrete Kunst mit Bezug zur Mathematik und Landschaften. Die Darstellung im nebenstehende 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

Literatur 
Der Goldene Schnitt wurde auch zur Gestaltung literarischer Werke herangezogen.

Das vom römischen Dichter Vergil (70–19 v. Chr.) geschaffene Werk Äneis 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. 75 % aller Fälle eine bessere Annäherung an den Goldenen Schnitt. Die Studie wurde jedoch auch kritisch rezipiert.

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 Silben wird Laurentius angerufen und sein Martyrium gerühmt. Im Anschluss wird er 89 Silben lang um Fürbitte gebeten. Es bleibt jedoch unklar, ob das Auftreten dieser (großen) Fibonacci-Zahlen 89 und 144, ca. 300 Jahre vor Fibonacci, ein Zufall ist.

Es existieren auch Hinweise auf den Goldenen Schnitt in Grimms Märchen. Sämtliche Charaktere wurden über die Eigenschaften gut – böse, stark – schwach und aktiv – passiv in 8 möglichen Gruppen eingeteilt. Dabei wurden die Gruppen „gut, stark, aktiv“, „gut, stark, passiv“, „gut, schwach, aktiv“ und „böse, stark, aktiv“ als „positiv“ bezeichnet, die anderen 4 als „negativ“. Es stellt sich nach dieser Gruppierung heraus, dass zwischen 60 % und 62 % 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. J. Benjafield und C. Davis schreiben dazu:

Nach Meinung Benjafields und Davis erkläre dies auch das Auftreten des Goldenen Schnitts in der Musik Béla Bartóks – ein Beleg dafür, dass Bartóks Musik sich in vielerlei Hinsicht aus der Volksmusik speise.

Der Goldene Schnitt wurde auch in einem späten Gedicht Friedrich Hölderlins nachgewiesen. ln seinen letzten Lebenstagen, entweder im Mai oder Juni des Jahres 1843, schrieb Hölderlin in Tübingen Die Aussicht:

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

Roman Jakobson und Grete Lübbe-Grothues entdeckten, dass dieses Gedicht mit Hilfe des Goldenen Schnitts, genauer gesagt aus den Verhältnissen ,  und , aufgebaut wurde. Hierzu schreiben sie:

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 ,  und  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 der Fibonacci-Zahlen  (oder ), so bildet sich als Klang eine kleine Sexte. Die Differenz des Verhältnisses  (= 1,6) zum Goldenen Schnitt (= 1,618…) sei so gering, dass, wie Rudolf Haase behauptet, der Goldene Schnitt selbstverständlich in den Zurechthörbereich der kleinen Sexte fällt. Haases Vorstellung ist also die, dass der Reiz der kleinen Sexte darin begründet ist, dass die Frequenzen ihrer Einzeltöne im Goldenen Verhältnis stehen, und dass das einfache Verhältnis  nur eine Annäherung daran ist.

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 Bartóks 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.

In der Musik nach 1945 finden sich Beispiele für die bewusste Proportionierung nach den Zahlen der Fibonacci-Folge, etwa im Klavierstück IX von Karlheinz Stockhausen oder in der Spektralmusik von Gérard Grisey.

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 Stradivari den Goldenen Schnitt verwendete, um die klanglich optimale Position der F-Löcher für seine Violinen 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.

Verwendung in Informatik und Numerik

Datenstrukturen 
In der Informatik werden Daten in Hashtabellen gespeichert, um darauf schnell zuzugreifen. Die Position , an der ein Datensatz  in der Tabelle gespeichert wird, berechnet sich durch eine Hashfunktion . 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  nach der folgenden Formel berechnet werden:

 

Dabei stellen  Gaußklammern dar, die den Klammerinhalt auf die nächste ganze Zahl abrunden. Der Informatiker Donald E. Knuth schlägt für die frei wählbare Konstante  vor, um eine gute Verteilung der Datensätze zu erhalten.

Verfahren des Goldenen Schnittes 
Das Verfahren des Goldenen Schnittes (auch: Goldener-Schnitt-Verfahren, Methode des Goldenen Schnittes oder Suchverfahren Goldener Schnitt) ist ein Verfahren der mathematischen nichtlinearen Optimierung, genauer berechnet es algorithmisch eine numerische Näherung für eine Extremstelle (Minimum oder Maximum) einer reellen Funktion einer Variablen in einem Suchintervall . 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  (tau) hat dabei nicht, wie bei dem allgemeineren Bisektionsverfahren, den Wert , sondern es wird  gewählt, sodass sich zwei Punkte  und  für das Optimierungsverfahren ergeben, die das Suchintervall im Goldenen Schnitt teilen.

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 – mathematisch gesehen – das für allgemeine Funktionen effektivste Verfahren; nur im Fall differenzierbarer Funktionen ist es der direkten mathematischen Lösung unterlegen. 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 euklidische Algorithmus berechnet den größten gemeinsamen Teiler  zweier natürlicher Zahlen  und . Dabei müssen einige Divisionen durchgeführt werden. Je nach Beschaffenheit dieser Zahlen können aber mal mehr oder mal weniger Schritte erforderlich sein. Ist etwa , 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  die Anzahl der benötigten Divisionen, und , wobei  zufällig ausgewählt werden, so gilt
.
Dies zeigt, dass der euklidische Algorithmus selbst in der schlechtest möglichen Situation immer noch (nur) logarithmische Laufzeit besitzt.

Auffälligkeit 
Eine weitere Verbindung zwischen der Informationstheorie und dem Goldenen Schnitt wurde durch Helmar Frank mit der Definition der Auffälligkeit hergestellt. Er konnte zeigen, dass der mathematische Wert des Maximums der Auffälligkeit sehr nah an das Verhältnis des Goldenen Schnitts herankommt.

Siehe auch 
 Goldenes Rechteck
 Zehneck
 Fünfzehneck
 Zwanzigeck
 Vierzigeck
 Vesica piscis
 Bronzener Schnitt
 Liste besonderer Zahlen
 Liste mathematischer Konstanten

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; .
 Adolf Zeising: Das Normalverhältniss der chemischen und morphologischen Proportionen. Rudolph Weigel, Leipzig 1856; .
 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. 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. ()
 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. Teubner, Stuttgart 1993, ISBN 3-8154-2511-5.
 Georg Markowsky: Misconceptions about the Golden Mean (PDF; 2,1 MB). In: The College Mathematics Journal, Band 23, Ausgabe 1, Januar 1992.

Weblinks 

Deutsch
 Marcus Frings: Goldener Schnitt. In: RDK. Labor (2015).

Englisch
 Marcus Frings: The Golden Section in Architectural Theory. In: Nexus Network Journal, 2002, 4/1.
 
 
 Alexander Bogomolny: Golden Ratio. cut-the-knot.org
 Steven Strogatz: Proportion Control. New York Times (Online), 24. September 2012.
  (Dezimalentwicklung von ),  (Engel-Entwicklung von ),  (Pierce-Entwicklung von ).

Einzelnachweise 

Proportionalität
Theoretische Biologie
Architekturtheorie
Design
Folgen und Reihen
Ebene Geometrie
Technik der Malerei
Besondere Zahl