黄金比

黄金比とは、次の値で表される比のことである：

以下で述べるような数理的な性質は、有理数にならないこの値のみが持つ性質であり、有理近似等には基本的には意味が無い。「デザインを美しくする」などといった巷間よく見られる説については「用途」の節を参照。小数に展開すると 1 : 1.6180339887 あるいは 0.6180339887 : 1 といった値となる。

黄金比は貴金属比の一つである。

幾何的には、//a// : //b//}} が黄金比ならば、

という等式が成り立つことから、縦横比が黄金比の矩形から最大正方形を切り落とした残りの矩形は、やはり黄金比の矩形となり、もとの矩形の相似になるという性質がある。正五角形の1辺と対角線との比は黄金比に等しい。数列 //a//, //b//, //a// + //b//}} は、等比数列をなす。そのため、中末比とも呼ばれる。

線分を2つに分け、短い部分と長い部分の長さの比が、長い部分と全体の長さの比に等しくなるようにしたときの比であるため、外中比とも呼ばれる。黄金比で長さなどを分けることを黄金比分割または黄金分割という。

黄金比における

を黄金数という。しばしばギリシア文字の φ}}で表されるが、τ}}を用いる場合もある。黄金数は、二次方程式 //x//sup の正の解である：

1. 黄金数の性質
---------

1.1. 既約多項式
----------

すなわち、黄金数 φ}} の有理数体 上の既約多項式は //x//sup である。
φ}} は無理数であり、
TomoyukiMogi GoldenRatio.gif|黄金長方形では、 : 短辺 = 短辺 : 長辺 が成り立つことを表した図。 TomoyukiMogi GoldenRatio DiagonalLine.gif|黄金長方形から最大正方形を切り取っていった図。 TomoyukiMogi GoldenRatio SameAreas.gif|黄金数 φ}} について、//φ// =}} 1}} を、面積で表した図。青線が、縦横の長さ 1, //φ//}} の黄金長方形2個を表し、右上にある赤色の網目部分が //φ//}}、左下にある赤色の網目部分が 1}} を表す。 TomoyukiMogi GoldenRatio Pythagorean.gif|黄金数 φ}} について、//φ// =}} 1}} を、面積で表した図。縦横の長さが 1, //φ//}} の黄金長方形において、斜線部分が等積となる。また、赤色の網目部分は sqrt を表している。

1.2. 連分数表示
----------

黄金数は次のような連分数表示を持つ：
次のような表示も持つ：

1.3. 級数表示
---------

1.4. 三角関数による表示
--------------

三角関数を使うと次のように表すことができる：

1.5. 指数関数による表示
--------------

指数関数を使うと次のように表すことができる。

1.6. 黄金比に関する極限
--------------

1.7. フィボナッチ数列との関連
-----------------

フィボナッチ数列の隣接2項の比は黄金数に収束する。
等比数列 1, //φ//, //φ//sup において、1 + //φ// =}} //φ//sup より//φsup//が成り立つ。

//φ//sup,//φ//sup,//φ//sup,//φ//sup,//φ//sup,...となり、係数にフィボナッチ数列が出現する。n}}番目のフィボナッチ数を Fsub とすると、φsup は次のようになる。

1.8. 幾何学的性質
-----------

半径の比が

である3つの円が互いに外接する時、その3つの円の全てと外接する大小2つの円を描くことができ、それらを合わせた5つの円の半径の比は

である。

ここで

であり、隣接する円との半径の比が同じで、互いに密に接する円の列を螺旋状に無限に配置することができる。

2. 作図
-----

最も簡単な作図方法は下記の通り。

正方形 abcd を描く。
辺 bc の中点 o を取る。
中心を o とし、d  を通る円を描き、辺 bc の延長との交点を e とする。
長方形 abef を描く。
ab : be は黄金比となる。正五角形や五芒星から容易に作図することができる。正五角形の一辺と対角線の比、五芒星の辺と隣接2頂点の距離の比は、黄金比に等しい。

3. 応用
-----

五次方程式 //x//sup を解く過程で黄金数が出現する。

この後は //x// − 1 =}} 0}} と2つの2次方程式から5つの解を求めることができる。

4. 歴史
-----

伝承では、古代ギリシアの彫刻家ペイディアスが初めて使ったといわれる。黄金数の記号φは彼の頭文字であるが、使われ始めたのは20世紀である。なお、τはギリシア語の「分割」に由来し、やはり20世紀に使われ始めた。

同じく古代ギリシアの数学者ユークリッドの著書『ユークリッド原論』では第6巻の定義3で外中比の定義が記されている。『原論』第6巻の命題30で「与えられた線分を外中比に分ける作図法」が記されている。東京工芸大学教授の牟田淳によると、ローマ建築の理論にも、黄金比の考え方が見られる。

ルネサンス期イタリアの学者レオナルド・ダ・ヴィンチも発見していた記録が残っている。彼が描いた有名な美人画『モナ・リザ』の顔は黄金比になっているという指摘もある。

ダ・ヴィンチの同時代人であったルカ・パチョーリは著書で『神聖比例論』として言及した。「黄金比」という用語が文献上に初めて登場したのは1835年刊行の、ドイツの数学者マルティン・オームの著書『初等純粋数学』。また、1826年刊行の初版にはこの記載がないことから、1830年頃に誕生したと考えられる。

5. 用途
-----

長方形は縦と横の長さの比が黄金比になるとき、安定した美感を与えるという説がある。これはグスタフ・フェヒナーの1867年の実験を論拠としている。しかし、フェヒナーの実験の解釈については否定的な様々な見解がある。1997年に国際経験美学会誌の黄金分割特集では、この実験結果を「永遠に葬るもの」とする見解が掲載された。また類似の安定した比とされるものに白銀比がある美観についての話とは全く無関係に、白銀比は長辺を2分の1にすると、ちょうど逆の比になるという実用上の便利さは事実である。}}。

黄金比は、長方形の形状の物の縦横比に利用されることが多い。例えば、名刺やクレジットカードをはじめとする様々なカード類などは、短辺と長辺の比率が1対1.6台であることが多い。

ディスプレイのアスペクト比には、WQXGA、WUXGAなど、黄金比に近い8:5  のものもある。

黄金比はパルテノン神殿やピラミッドといった歴史的建造物や美術品の中に見出すとされてきたが、これらは後付けの都市伝説であるものが含まれる。一方で、意図的に黄金比を意識して創作した芸術家も数多い。

自然界に存在する植物の葉脈や巻貝の断面図など対数螺旋ではないが黄金比に近い例として度々挙げられる。工学分野では、自動車ではスポーツカーやオフロード、セミトレーラー用トラクタや軽トラックのトレッドとホイールベースの関係が黄金比に近い。具体的には 普通乗用車であれば1500 mm 程度のトレッドに対し、ホイールベースが2400 mm 前後とやや短い値となる。これは、いずれの車種においても旋回性能が重要視されるためである。

黄金比は、容姿の美しさの指標として美容業界でもよく用いられ、身体において足底から臍までの長さと臍から頭頂までの長さの比が黄金比であれば美しい、また、顔面の構成要素である目、鼻、口などの長さや間隔、細かな形態も黄金比に合致すれば美しいとされている。そして、その黄金比は横1：縦1.618となっている顔である。 なお、黄金比に近い容貌はコーカソイドに多く、日本人を含むアジア人は黄金比とはかけ離れてることが多いため、日本においてはアジア人に近い「白銀比」という比率で美しさを論じる審美観が存在し、白銀比が古代から現代までの建築、仏像の造形、さらには現代の創作などにおいて「かわいい」キャラクターデザインなど日本の文化の背景の一つになっているという分析もある。

6. 黄金数の小数展開
-----------

7. 脚注
-----

7.1. 注釈
-------

7.2. 出典
-------

8. 参考文献
-------

和書- 注釈：原タイトル：//Der Goldene Schnitt.// 原著第2版の翻訳

和書- 注釈：原タイトル：//Euclidis opera omnia.// 世界最初の近代語訳全集

和書- 注釈：著者は500点を超す、古代アッティカの杯の実測調査から「黄金分割」伝説を否定し、新しく星形五角形を基準とする「魔除けの分割」という比例関係を発見。

和書- 注釈：原書名：//The golden ratio and Fibonacci numbers.//

和書- 注釈：原タイトル：//Der Goldene Schnitt.// 原著第2版の翻訳

和書- 注釈：原タイトル：//The golden ratio.//

和書- 注釈：原タイトル：//THE GOLDEN RATIO.// 国際ピタゴラス賞及びペアノ賞受賞。

9. 関連項目
-------

黄金角
黄金三角形
黄金進法
黄金分割探索
貴金属比
青銅比
白銀比
五芒星
数学的な美
対数螺旋#黄金螺旋
美人
フィボナッチ数
リュカ数

10. 外部リンク
---------

[1] - Wolfram Alpha
[2]