Matematik och konst hänger ihop på olika sätt. Matematiken i sig kan betraktas som en konstform, eftersom en märklig skönhet finns i den . Spår av matematiskt tänkande förekommer i musik, dans, måleri, arkitektur, skulptur och vävkonsten. Den här artikeln ägnas åt kopplingen mellan matematik och konst.
Matematik och konst har en lång historia av relationer. Målare tog till matematiska begrepp från 300-talet f.Kr. e. Den antika grekiske skulptören Polikleitos den äldre skapade förmodligen kompositionen "Canon" och en skulpturell modell (bevarad i ungefärliga repliker) av den ideala figuren av en idrottsman. Det har upprepade gånger föreslagits att antika konstnärer och arkitekter använde det gyllene snittet , men det finns inga allvarliga bevis för detta. Den italienske matematikern Luca Pacioli , en viktig gestalt i den italienska renässansen , skrev avhandlingen Den gudomliga proportionen ( latin : De Divina Proportione ) illustrerad med träsnitt efter teckningar av Leonardo da Vinci . En annan italiensk målare , Piero della Francesca , utvecklade Euclids idéer om perspektiv genom att skriva en avhandling om perspektiv i målning ( italienska: De Prospectiva Pingendi ). Gravören Albrecht Dürer gav i sin berömda gravyr " Melancholia " många dolda symboliska referenser till geometri och matematik. 1900-talets grafiker M. C. Escher , konsulterad av matematikern Harold Coxeter , använde sig i stor utsträckning av bilder av parkett och hyperbolisk geometri . Konstnärerna i " De Stijl "-rörelsen, ledda av Theo van Doesburg och Piet Mondrian , använde sig explicit av geometriska motiv. Matematik har påverkat olika former av stickning , broderi , vävning och mattvävning . Islamisk konst kännetecknas av symmetrier som finns i persiskt och marockanskt murverk , perforerade mugulstensskärmar och vanliga bikakevalv .
Det var matematiken som gav konstnärer verktyg som linjärt perspektiv, analys av symmetrier och gav dem alla möjliga geometriska föremål, som polyedrar eller Möbiusremsan . Undervisningsövningar inspirerade Magnus Wenninger att skapa flerfärgade stellerade polyedrar . Rene Magrittes målningar och Eschers gravyrer använder rekursion och logiska paradoxer. Fraktalgrafik är tillgänglig för datorkonstformer , i synnerhet renderingen av Mandelbrot-uppsättningen . Vissa tidningar illustrerar cellulära automater . Konstnären David Hockney har kommit med den hett omtvistade hypotesen att hans kollegor har använt camera lucida sedan renässansen för att hjälpa till att skildra scener korrekt. Arkitekt Philip Steadman hävdar att Jan Vermeer använde en camera obscura .
Sambandet mellan matematik och konst kommer till uttryck på många andra sätt. Konstföremål utsätts för algoritmisk analys med röntgenfluorescensspektroskopi . Traditionell batik från hela Java visade sig ha en fraktal dimension på 1 till 2. Slutligen gav konsten upphov till en del matematisk forskning. Filippo Brunelleschi formulerade teorin om perspektiv medan han gjorde arkitektoniska ritningar, och senare utvecklade Gérard Desargues den och lade grunden till projektiv geometri . Den pytagoreiska idén om en gudgeometer är konsonant med principerna för helig geometri , vilket också återspeglas i konsten. Ett typiskt exempel är The Great Architect av William Blake .
I den antika konstens historia är termen "fyrkantiga figurer" känd (( forngrekiska τετραγωνος ). Den antika romerske författaren Plinius den äldre (23-79 e.Kr.) kallade bronsstatyerna av den antika grekiska skulptören "looking square" ( lat. . signa quadrata ) från Polykletus den äldres argiska skola ( ca 450-420 f.Kr.), i synnerhet den berömda Doryphorus och Diadumen ". Samtidigt hänvisade han till encyklopedisten Mark Terentius Varro (116-27 f.Kr.) , vilket tyder på att ordet "fyrkantig" inte kan indikera arten av silhuetten av statyn, utan metoden för proportionering , som anges i det teoretiska arbetet av Poliklet " Canon " [2] . Avhandlingen, om den fanns, har inte överlevde, men man tror att skulptören som illustration skapade samma spjutbärare, senare känd som Doryphoros [3] . Enligt författarens avsikt var "Kanonen" att sätta standarden för ideala anatomiska proportioner i skildringen av mansfiguren.
Den antika grekiske filosofen Platon (ca 427-347 f.Kr.) nämnde den geometriska metoden att fördubbla arean av en kvadrat genom att bygga en större kvadrat på dess diagonal. Den andra kvadraten innehåller fyra "halvor" av den första, därför är dess yta dubbelt så stor [4] . Denna enklaste konstruktion innehåller en viktig regelbundenhet. Diagonalen för en kvadrat är en irrationell storhet. Om vi tar sidan av en kvadrat som 1, så är dess diagonal lika med eller 1,414 ... Ett system av mått baserat på en kvadrat och dess diagonal bär alltså dualitet, en polyfonisk princip för relationer mellan enkla heltal och irrationella tal.
Statyerna av idrottare i bilden av Polykleitos ser verkligen "fyrkantiga" ut (i en annan översättning, "vida proportioner"). När man analyserar deras proportioner visar det sig att modulen i figuren är sidan av torget, vars diagonal i sin tur fungerar som sidan av den större torget, etc. Som ett resultat, alla delar av statylinjen upp proportionellt i systemet med "parmått": rationella och irrationella relationer. Så höjden på hela figuren är uppdelad i två, fyra och åtta delar (huvudet på figuren är 1/8 av höjden). Men under plastisk rörelse (atleten vilar på ett ben, det andra benet är böjt i knäet och bakåt), uppstår irrationella relationer. Om vi tar som en enhet (sidan av en liten kvadrat) den övre delen av figuren (oavsett dess faktiska storlek) - huvudet och bålen upp till höftbenskammen (på vilken de sneda musklerna ligger) - som en enhet, då blir den nedre delen av figuren (bäckengördel och stödben) lika med 1,618 (sidan av den större kvadraten). Följaktligen är hela höjden på figuren 2,618. Dessa förhållanden är förbundna med mönstret av det " gyllene snittet ", upptäckt av de gamla egyptierna och som är universellt [5] .
Inflytandet från "Kanon" sträckte sig till skulpturen av antikens Grekland, antikens Rom och renässansen. Inget av Polykleitos verk har överlevt till denna dag, de bevarade marmorkopiorna är ungefärliga och skiljer sig väsentligt från varandra. Texten i själva avhandlingen har också gått förlorad, även om citat och kommentarer av antika författare har bevarats [3] . Vissa forskare hävdar att Poliklet i sin tur påverkades av pytagoreernas lära [ 6] . "Canon" arbetar med de grundläggande begreppen i antik grekisk geometri: förhållande, proportion och symmetri. "Canon"-systemet gör det möjligt att beskriva den mänskliga figuren genom kontinuerliga geometriska progressioner [7] .
Under den antika perioden tog konstnärer inte till linjärt perspektiv . Storleken på föremålen bestämdes inte av deras avlägsna belägenhet, utan av deras tematiska betydelse. Vissa medeltida målare använde omvänt perspektiv för att uppmärksamma särskilt betydelsefulla figurer. År 1021 formulerade den islamiske matematikern Ibn al-Khaytham teorin om optik , men tillämpade den inte på konstföremål [8] . Renässansen är förknippad med restaureringen av antika grekiska och romerska kulturtraditioner. Idéerna om tillämpningen av matematik för studier av natur och konst återupplivades också . Konstnärer under senmedeltiden och renässansen var intresserade av matematik av två skäl. Först ville målare veta hur man exakt avbildar tredimensionella föremål på en tvådimensionell dukyta. För det andra trodde konstnärer, liksom vissa filosofer, på matematik som den fysiska världens sanna väsen; konst som en del av detta universum är föremål för geometrins lagar [9] .
Början av perspektivet ses hos Giotto (1266-1337), som målade avlägsna föremål genom att algebraiskt bestämma linjernas position i perspektivet. År 1415 introducerade arkitekten Filippo Brunelleschi , tillsammans med sin vän Leon Battista Alberti , den geometriska metoden att skapa perspektiv i Florens. Med hjälp av liknande trianglar av Euklid beräknade de den skenbara höjden av avlägsna föremål [10] [11] . Målningar med Brunelleschis perspektiv har gått förlorade, men Masaccios treenighet låter oss se principen i handling [8] [12] [13] . Den italienske målaren Paolo Uccello (1397-1475) hänfördes av den nya tekniken. I " Slaget vid San Romano " placerade han trasiga spjut mellan perspektivlinjerna [14] [15] .
Piero della Francescas (ca 1415-1492) verk är ett exempel på den italienska renässansens övergång till en ny ideologi. Eftersom han var en stor matematiker och i synnerhet en geometer, skrev han verk om stereometri och perspektivteori. Bland dem finns " On Perspective in Painting " ( italienska: De Prospectiva Pingendi ), "Treatise on Accounts" ( italienska: Trattato d'Abaco ) och "On Regular Polyhedra" ( italienska: De corporibus regularibus ) [16] [17] [ 18] . Historikern Giorgio Vasari kallar i sina " Biografier " Piero "den största geometern i sin tid, och kanske genom tiderna" [19] . Pieros intresse för perspektiv syns i hans verk St. Antonius polyptyk [ 20] , St. Augustinus altartavla och Jesu Kristi flagellation . Hans geometriska undersökningar påverkade nästa generationer av matematiker och konstnärer, bland dem Luca Pacioli och Leonardo da Vinci . Det är känt att Pierrot studerade verk av forntida matematiker, inklusive Arkimedes [21] . Pierrot utbildades i kommersiell aritmetik vid " kulramsskolan "; hans avhandlingar är utformade i samma stil som läroböckerna i "skolan" [22] . Kanske var Piero bekant med " Book of the Abacus " (1202) av Fibonacci . Linjärt perspektiv penetrerade gradvis konstens värld. I avhandlingen "Om målning" ( italienska: De pictura , 1435), skrev Alberti: "ljusstrålar går från punkterna i bilden till ögat längs en rak linje och bildar en pyramid , där ögat är spetsen." En bild målad enligt principen om linjärt perspektiv är en del av denna pyramid [23] .
I On Perspective in Painting omvandlar Piero sina empiriska observationer om perspektiv till matematiska uttryck och bevis. Efter Euklid definierar han en punkt som "det minsta föremålet som är märkbart för ögat" ( italienska: una cosa tanto picholina quanto e possible ad ochio comprendere ) [9] Piero leder läsaren till representationen av tredimensionella kroppar på en tvådimensionell kropp. -dimensionell yta med hjälp av deduktiva resonemang [24] .
Den samtida konstnären David Hockney hävdar att hans kollegor från 1420-talet använde camera lucida , vilket ledde till en dramatisk ökning av målningarnas noggrannhet och realism. Han tror att Ingres , van Eyck och Caravaggio [25] också använde denna enhet . Experternas åsikter i denna fråga är delade [26] [27] . Arkitekt Philip Steadman uttryckte en annan kontroversiell hypotes [28] om Vermeers användning av en camera obscura [29] .
År 1509 publicerade Luke (ca 1447-1517) en avhandling "Om gudomlig proportion", tillägnad de matematiska och konstnärliga aspekterna av proportioner , inklusive det mänskliga ansiktet. Leonardo da Vinci (1452–1519), som studerade hos Pacioli på 1490-talet, illustrerade sin text med träsnitt av vanliga polyedrar. Wireframe-bilder av polyedrar gjorda av da Vinci är de första illustrationerna av detta slag som har kommit ner till oss [30] . Han var en av de första som avbildade polyedrar (inklusive rhombicuboctahedron ) byggda på andra figurers ansikten - det var så Leonardo visade perspektiv. Själva avhandlingen ägnas åt beskrivningen av perspektiv i verk av Piero della Francesca, Melozzo da Forli och Marco Palmezzano [31] . Da Vinci studerade Paciolis "Summa" genom att kopiera tabeller med proportioner [32] . Både " Gioconda " och " Nattvarden " är byggda på principen om linjärt perspektiv med en försvinnande punkt , vilket ger bilden ett synligt djup [33] . Nattvarden använder proportionerna 12:6:4:3 - de finns också i Athens School av Rafael . Pythagoras, avbildad på den, håller en tabell med idealiska proportioner, till vilken pytagoreerna fäste en helig betydelse [34] [35] . Den vitruvianska mannen Leonardo återspeglar den romerske arkitekten Vitruvius idéer ; två överlagrade mansfigurer är inskrivna både i en cirkel och i en kvadrat [36] .
Redan på 1400-talet använde målare som var intresserade av visuella förvrängningar krökt perspektiv . Jan van Eycks " Porträtt av Arnolfinis " (1343) har en konvex spegel som reflekterar hjältarnas gestalter [37] . "Självporträtt i en konvex spegel" (ca 1523-1524) Parmigianino skildrar konstnärens nästan oförvrängda ansikte och en starkt böjd bakgrund och en hand placerad på kanten [38] .
Tredimensionella objekt kan avbildas ganska övertygande utan att tillgripa perspektiv. Snedprojektioner , inklusive kavaljerperspektivet (används av franska stridsmålare på 1700-talet för att måla befästningar), observeras kontinuerligt och allestädes närvarande bland kinesiska konstnärer från 1-2 till 1700-talet. Denna tradition kom till kineserna från Indien och där från antikens Rom. Snedprojektion ses i japansk konst, som i ukiyo-e- målningarna av Torii Kiyonaga [39] .
Paolo Uccello använde innovativt perspektiv i sin " Slaget vid San Romano " (ca 1435–1460)
Camera lucida i aktion. Scientific American , 1879
Konstnären och Camera Obscura . 1600-talet
Proportioner: Leonardos Vitruvian Man , ca. 1490
Brunelleschis experiment med linjärt perspektiv
Schema från Albertis avhandling "Om målning" (1435). Perspektiv av lådor på ett rutnät
Krökt perspektiv : en konvex spegel i Portrait of the Arnolfinis (1434) av van Eyck
"Självporträtt i en konvex spegel". Parmigianino , ca. 1523–1524
Pythagoras med en proportionstabell på " Atens skola " av Rafael . 1509
Snedprojektion : Jiajing-kejsaren på en pråm. Scrolla, okej. 1538
Snedprojektion: yamen . Detalj av en rulla om Suzhou . Xu Yang, Qianlong-kejsarens orden , 1700-talet
Snedprojektion: kvinnor som spelar shogi , gå och pan-sugoroku . Kiyonaga , ca. 1780
Det gyllene snittet , ungefär lika med 1,618, var känt även för Euklid [40] . Många samtida hävdar [41] [42] [43] [44] att den användes i konsten och arkitekturen i det antika Egypten, antikens Grekland, men det finns inga tillförlitliga bevis för detta [45] . Uppkomsten av detta antagande kan bero på förvirring mellan det gyllene snittet och den "gyllene medelvägen", som grekerna kallade "frånvaron av överskott i någon av riktningarna" [45] . Pyramidologer sedan 1800-talet har talat om användningen av det gyllene snittet i utformningen av pyramider och argumenterat för sin position med tvivelaktiga matematiska argument [45] [46] [47] . Troligtvis byggdes pyramiderna antingen på basis av en triangel med sidorna 3-4-5 (lutningsvinkel - 53 ° 8 '), som nämns i Ahmes-papyrusen , eller på basis av en triangel med cosinus π / 4 (lutningsvinkel - 51 ° 50 ') [48] . Fasad och golv av Parthenon , byggd på 500-talet f.Kr. e. i Aten , påstås utformad på grundval av det gyllene snittet [49] [50] [51] . Detta påstående vederläggs också av verkliga mätningar [45] . Man tror att det gyllene snittet också användes vid utformningen av den stora moskén i Kairouan i Tunisien [52] . Detta värde finns dock inte i moskéns ursprungliga utformning [53] . Arkitekturhistorikern Frederic Makody Lund konstaterade 1919 att Chartres Cathedral (1100-talet), Lane (1157-1205) och Notre-Dame Cathedral i Paris (1160) utformades i enlighet med principen om det gyllene snittet [54] . Vissa forskare hävdar att före publiceringen av Paciolis verk 1509 var avsnittet inte känt för varken konstnärer eller arkitekter [55] . Till exempel har höjden och bredden på fasaden på Notre-Dame de la Lane ett förhållande på 8/5 eller 1,6, men inte 1,618. Denna andel är en av Fibonacci-förhållandena som är svåra att skilja från det gyllene snittet eftersom de konvergerar till 1,618 [56] . Det gyllene snittet observeras bland Paciolis anhängare, inklusive Leonardos Gioconda [57] .
Plana symmetrier har observerats i flera tusen år vid mattvävning, stenläggning, vävning och skapandet av gallerobjekt [58] [59] [60] [61] .
Många traditionella mattor, oavsett om de är raggiga eller kilim (plattvävda) är uppdelade i en central medaljong och en kantsektion. Båda delarna kan innehålla symmetriska element, medan symmetrin hos handgjorda mattor ofta kränks av författarens detaljer, mönster och färgvariationer [58] . Motiven hos anatoliska kelimer är ofta symmetriska i sig själva. Det allmänna mönstret antyder närvaron av ränder, inklusive de med intermittenta motiv, och likheter med hexagonala former. Den centrala delen kan karakteriseras av tapetgruppen pmm, medan ramen kan karakteriseras av kantgrupperna pm11 , pmm2 eller pma2. Kilims från Turkiet och Centralasien har i regel minst tre gränser, beskrivna av olika grupper. Matttillverkare siktade definitivt på symmetri, även om de inte var bekanta med dess matematik [58] . Matematikern och arkitekturteoretikern Nikos Salingaros tror att den estetiska effekten av mattor ges av speciella matematiska tekniker, nära arkitekten Christopher Alexanders teorier . Som ett exempel nämner han koniska mattor från 1600-talet med två medaljonger. Dessa tekniker involverar konstruktion av motsatta par av föremål; färgkontrast; geometrisk differentiering av områden med hjälp av kompletterande figurer eller koordinering av skarpa hörn; introduktion av komplexa figurer (som börjar med individuella noder); konstruktion av små och stora symmetriska figurer; reproduktion av figurer i större skala (förhållandet mellan varje ny nivå och den föregående är 2,7). Salingaros hävdar att varje framgångsrik matta uppfyller minst nio av tio villkor. Dessutom anser han att det är möjligt att klä de givna indikatorerna i form av ett estetiskt mått [62] .
Skickliga indiska jali -galler , skapade av marmor, pryder palats och gravar [59] . Kinesiska galler, alltid utrustade med någon form av symmetri - ofta spegelvänd , dubbelspegel eller roterande - är representerade i 14 av de 17 tapetgrupperna. Vissa har en central medaljong, vissa har en kant som hör till en grupp gränser [63] . Många kinesiska rutnät har analyserats matematiskt av Daniel S. Dai. Han kunde fastställa att centrum för denna konst är provinsen Sichuan [64] .
Symmetrier är vanliga inom textil konst som quiltning [60] , stickning [65] , virkning [66] , broderi [67] [68] , korsstygn och vävning [69] . Det är anmärkningsvärt att symmetrin på tyget kan vara rent dekorativt eller symbolisera ägarens status [70] . Rotationssymmetri förekommer i cirkulära föremål. Många kupoler är dekorerade med symmetriska mönster inifrån och ut, som Sheikh Lutfulla-moskén (1619) i Isfahan [71] . Reflexiva och rotationssymmetrier är karakteristiska för broderade och spetselement av dukar och bordsmattor, skapade med hjälp av spolar eller tatningsteknik . Dessa föremål är också föremål för matematiska studier [72] .
Islamisk konst visar symmetrier i många former, särskilt den persiska girih- mosaiken . Den skapas av fem kaklade former: en vanlig dekagon, en vanlig femhörning, en långsträckt dekagon, en romb och en figur som liknar en fluga . Alla sidor av dessa figurer är lika, alla deras vinklar är multiplar av 36° (π/5 radianer ), vilket ger fem- och tiofaldiga symmetrier. Kakelplattan är dekorerad med en sammanflätad prydnad (girih proper), som vanligtvis är mer synlig än brickans kanter. 2007 noterade fysikerna Peter Lu och Paul Steinhardt likheten mellan girih och kvasikristallina Penrose-plattor [73] . Geometriskt justerade zelligeplattor är ett karakteristiskt inslag i marockansk arkitektur [61] . Honeycomb saods eller muqarnas är tredimensionella, men de designades - genom att rita geometriska celler - i två dimensioner [74] .
Brokad från Mingdynastin (detalj) med ett sexkantigt rutnät
Jali marmor galler . Mausoleet av Salim Chishti , Fatehpur Sikri , Indien
Symmetrier: gobeläng med florentinska bargellobroderier
Valv av Sheikh Lutfulla-moskén , Isfahan , 1619
Rotationssymmetri i spets : tatningsteknik
Mosaic girih : stora och små mönster på valvets bröst i Darb-i Imams tempel, Isfahan, 1453
Parkett : zellige mosaik i Bou Inania Madrasa, Fes , Marocko
Komplex geometri av bikakevalv i Sheikh Lutfulla-moskén , Isfahan
Honeycomb valv på planen av arkitekten. Topkapi Scroll
Tupac Tupac Inca Yupanqui . Peru , 1450–1540 Andinskt tyg symboliserar hög status [70]
Vanliga polyedrar är ett av de vanligaste ämnena inom västerländsk konst. Den lilla stjärnformade dodekaedern , till exempel, finns i marmormosaikerna i Markuskyrkan i Venedig ; författarskapet tillskrivs Paolo Uccello [14] . Da Vincis regelbundna polyedrar illustreras av Luca Paciolis On Divine Proportion [14] . Glasrhombicuboctahedron finns i porträttet av Pacioli (1495) av Jacopo de Barbari [14] . En stympad polyeder och många andra föremål relaterade till matematik finns i Durers gravyr " Melancholia " [14] . Den sista måltiden av Salvador Dali skildrar Kristus och hans lärjungar inuti en gigantisk dodekaeder .
Albrecht Dürer (1471–1528), gravör och grafiker från den tyska renässansen, bidrog till teorin genom att ge ut boken "Guide to Measurement" ( tyska: Underweysung der Messung ) 1525. Arbetet ägnas åt linjärt perspektiv, geometri i arkitektur, vanliga polyedrar och polygoner. Förmodligen inspirerades Dürer av Pacioli och Piero della Francescas verk under sina resor i Italien [75] . Perspektivproverna i "Guide to Measurement" är inte fullt utvecklade och felaktiga, men Dürer belyste polyedrarna fullt ut. Det är i denna text som utvecklingen av en polyeder först nämns , det vill säga utvikningen av en (till exempel pappers) polyeder till en platt figur som kan tryckas [76] . Ett annat inflytelserik verk av Dürer är fyra böcker om mänskliga proportioner ( tyska: Vier Bücher von Menschlicher Proportion , 1528) [77] .
Den berömda gravyren av Dürer "Melancholia" föreställer en ledsen tänkare som sitter vid en trunkerad triangulär trapets och en magisk fyrkant [1] . Dessa två föremål och gravyr som helhet är av största intresse för moderna forskare i alla Dürers arbeten [1] [78] [79] . Peter-Klaus Schuster publicerade en bok i två volymer om Melancholia [80] , medan Erwin Panofsky diskuterar arbetet i sin monografi [1] [81] . " Hyperkubisk kropp " av Salvador Dali innehåller en tredimensionell utveckling av en hyperkub - en fyrdimensionell regelbunden polyeder [82] .
Traditionell indonesisk batikmålning använder vax som reserv. Hennes motiv kan motsvara omvärldens element (till exempel växter) eller vara abstrakta, till och med kaotiska. Reserven kanske inte appliceras korrekt, sprickbildning (sprickbildning) av vaxet förstärker effekten av slumpmässighet. Målningen har en fraktal dimension från 1 till 2, beroende på ursprungsregionen. Till exempel har batik från Cirebon dimensionen 1,1, dimensionen batik från Yogyakarta och Surakarta (centrala Java ) - från 1,2 till 1,5; Lasem (Norra Java) och Tasikmalai (Västra Java) har dimensioner från 1,5 till 1,7 [83] .
Den samtida konstnären Jackson Pollocks arbete med dropptekniken är också anmärkningsvärt för sin fraktala dimension: Målningen "Number 14" ( eng. Number 14 , 1948) har en dimension på 1,45. Hans efterföljande verk kännetecknas av en högre dimension, vilket tyder på ett bättre mönsterstudie. En av Pollocks sista målningar , Blue Poles , är 1,72 och tog sex månader att färdigställa .
Astronomen Galileo Galilei skrev i sin avhandling "The Assay Master " att universum är skrivet på matematikens språk , och att symbolerna för detta språk är trianglar, cirklar och andra geometriska figurer [85] . Enligt Galileo måste konstnärer som vill lära känna naturen först och främst förstå matematik. Matematiker, å andra sidan, försökte analysera konst genom geometrins och rationalitetens prisma (i ordets matematiska betydelse). Matematikern Felipe Kuker föreslog att denna vetenskap, och geometri i synnerhet, fungerar som en uppsättning regler för "regeldrivet konstnärligt skapande" ( eng. "regeldrivet konstnärligt skapande" ), även om det inte är den enda [86] . Några särskilt anmärkningsvärda exempel på detta komplexa förhållande beskrivs nedan [87] .
Matematikern Jerry P. King skriver om matematik som en konst och menar att nycklarna till det är skönhet och elegans, inte tråkig formalism. King menar att det är skönhet som motiverar forskare inom detta område [88] . Han citerar uppsatsen " Apology of a Mathematician " (1940) av en annan matematiker G. H. Hardy , där han bekänner sin kärlek till två gamla satser: beviset på oändligheten av Euklids primtal och beviset för irrationaliteten i kvadratroten ur två. King utvärderar det senare enligt Hardys kriterier för skönhet i matematik : allvar, djup, allmänning, överraskning, oundviklighet och ekonomi (Kings kursiv stil) och drar slutsatsen att beviset är "estetiskt attraktivt" [89] . Den ungerske matematikern Pal Erdős talar också om skönheten i matematik, som inte alla dimensioner kan uttryckas med ord: ”Varför är siffror vackra? Det skulle motsvara att fråga varför Beethovens nionde symfoni är vacker . Om du inte ser det kan ingen förklara det för dig. Jag ''vet'' att siffror är vackra." [90] [91]
I samband med bildkonst ger matematik skaparen många verktyg, som linjärt perspektiv, beskrivet av Brook Taylor och Johann Lambert , eller beskrivande geometri , observerat redan i Albrecht Dürer och Gaspard Monge , och nu används för mjukvarumodellering av tredimensionell föremål [92] . Sedan medeltiden (Pacioli) och renässansen (da Vinci och Dürer) har konstnärer använt matematikens prestationer i kreativa syften [93] [94] . Med undantag för rudimenten av perspektiv i antik grekisk arkitektur, började dess utbredda användning på 1200-talet, bland pionjärerna var Giotto . Vanishing point- regeln formulerades av Brunelleschi 1413 [8] . Hans upptäckt inspirerade inte bara da Vinci och Dürer, utan också Isaac Newton , som studerade det optiska spektrumet , Goethe , som skrev boken " On the Theory of Color ", och sedan nya generationer av konstnärer, bland vilka var Philip Otto Runge , William Turner [95] , Pre-Raphaelites och Wassily Kandinsky [96] [97] . Konstnärerna utforskar också symmetrierna i kompositionen [98] . Matematiska verktyg kan användas av konstforskare eller av hantverkare själva, som i fallet med grafikern M.C. Escher (med input från Harold Coxeter ) eller arkitekten Frank Gehry . Den senare hävdar att datorstödda designsystem har gett honom helt nya sätt att uttrycka sig [99] .
Konstnären Richard Wright tror att visuella modeller av matematiska objekt tjänar antingen till att simulera ett visst fenomen eller är objekt för datorkonst . Wright illustrerar sin position med en bild av Mandelbrot-uppsättningen , genererad av en cellulär automat och datoråtergivning ; med hänvisning till Turing-testet diskuterar han om produkterna från algoritmer kan betraktas som konst [100] . Samma tillvägagångssätt observeras i Sasho Kalaidzewski, som överväger visualiserade matematiska objekt: parkett, fraktaler, figurer av hyperbolisk geometri [101] .
En av datorkonstens pionjärer var Desmond Paul Henry, som skapade "Drawing Machine 1". En analog beräkningsmekanism baserad på bombsight -datorn presenterades för allmänheten 1962 [102] [103] . Maskinen kunde skapa komplexa, abstrakta, asymmetriska, kurvlinjära, men repetitiva mönster [102] [104] . Hamid Naderi Yeganeh skapar figurer av fiskar, fåglar och andra verkliga objekt med hjälp av kurvfamiljer [105] [106] [107] . Samtida konstnärer, inklusive Mikael H. Christensen, arbetar inom genren algoritmisk konst och skapar manus för mjukvara. Ett artistledd system tillämpar matematiska operationer på en given uppsättning data [108] [109] .
Matematisk skulptur av Bathsheba Grossman, 2007
Fraktalskulptur : 3D Fraktal 03/H/dd av Hartmut Skerbisch, 2003
Fibonacci-ordet : detalj av ett verk av Samuel Monnier, 2009
Datorkonstverk , skapat av "Drawing Machine 1" av Desmond P. Henry, 1962
"Flying Bird" av Hamid Naderi Yeganeh är bildad av en familj av kurvor
Det är känt att boken "Science and Hypothesis" (1902) av matematikern och fysikern Henri Poincaré lästes av många kubister , inklusive Pablo Picasso och Jean Metzinger [111] [112] . Poincare såg i euklidisk geometri inte en objektiv sanning, utan bara en av många möjliga geometriska konfigurationer. Den möjliga existensen av en fjärde dimension inspirerade konstnärer att utmana renässansens klassiska perspektiv, och de vände sig till icke-euklidiska geometrier [113] [114] [115] . En av kubismens förutsättningar var idén om ett matematiskt uttryck för handlingen i färg och form. Abstraktionismens historia börjar med kubismen [116] . År 1910 skrev Metzinger: "[Picasso] skapar ett fritt, rörligt perspektiv, från vilket den geniala matematikern Maurice Princet härledde en hel geometri" [117] . I sina memoarer erinrade Metzinger:
"Maurice Princet besökte oss ofta; ... han förstod matematik som en konstnär, som en estet vädjade han till n - dimensionella kontinuum. Han gillade att ingjuta ett intresse hos konstnärer för nya synpunkter på rymden , som upptäcktes av Schlegel och flera andra. I detta utmärkte han sig." [118]
Att modellera matematiska former för forsknings- eller undervisningsändamål leder oundvikligen till bisarra eller vackra figurer. De var influerade av dadaisterna Man Ray [119] , Marcel Duchamp [120] och Max Ernst [121] [122] och Hiroshi Sugimoto [123] .
Man Ray fotograferade modeller av geometriska figurer vid Parisinstitutet. Poincare. Ett av de mest kända verken i den cykeln är The Mathematical Object ( franska: Objet mathematique , 1934). Konstnären anger att "Objektet" är Enneper ytor med konstant negativ krökning , härledd från en pseudosfär . Den matematiska grunden var oerhört viktig för honom; matematiken tillät honom att motbevisa "objektets" "abstrakta" karaktär. Man Ray hävdade att den fångade figuren är lika verklig som urinalen som Duchamp gjorde till ett konstobjekt. Ändå erkände han: "[Ennepers ytformel] betyder ingenting för mig, men själva formerna var lika varierande och autentiska som de som finns i naturen." Han använde fotografier från Poincaré-institutet i verk baserade på Shakespeares pjäser , till exempel när han skapade Antony och Cleopatra (1934) [124] . Kolumnisten Jonathan Keats, som skriver i ForbesLife , hävdar att Man Ray fotograferade "elliptiska paraboloider och koniska punkter på samma sinnliga sätt som Kiki de Montparnasse avbildade " [125] och att han "vittigt omarbetade matematikernas kalla beräkningar för att avslöja topologin av begär” [126] [127] . Skulptörer från 1900-talet, inklusive Henry Moore , Barbara Hepworth och Nahum Gabo , fann också inspiration i matematiska modeller [128] . Om hans skapelse Stringed Mother and Child ( 1938 ) sade Moore : "Utan tvekan var källan till mina stråkfigurer Museum of Science ; ... Jag var fascinerad av de matematiska modellerna som jag såg där; ... Jag var inte upphetsad av den vetenskapliga studien av dessa modeller, men förmågan att se genom strängarna som en fågel ser ut ur en bur, och förmågan att se en form i en annan.” [129] [130]
Konstnärerna Theo van Doesburg och Piet Mondrian grundade " De Stijl "-rörelsen, som var att "skapa en visuell vokabulär av elementära geometriska former, begriplig för alla och applicerbar på alla discipliner" [132] [133] [134] . Många av deras verk ser ut som ett fodrat plan med rektanglar och trianglar, ibland cirklar. Medlemmar av "De Stijl" målade bilder, skapade möbler och interiörer och var engagerade i arkitektur [133] . När rörelsen kollapsade organiserade van Doesburg avantgardegruppen Art Concret ( franska: Art concret , "konkret konst"). Om sin egen "Arithmetic Composition" (1929-1930) skrev van Doesburg: "en struktur som kan kontrolleras, en viss yta utan slumpmässiga element eller personliga infall" [135] , medan "inte saknar ande, inte saknar den universellt och inte ... tomt, eftersom allt motsvarar den inre rytmen” [136] . Kritikern Gladys Fabre ser två framsteg i "Kompositionen": tillväxten av svarta rutor och den förändrade bakgrunden [137] .
Matematiken för parketter , polyedrar, former av rymd och självreproduktion gav grafikern M. K. Escher (1898-1972) en livslång tillgång på tomter [138] [139] . Med Alhambra- mosaikerna som exempel visade Escher att konst kan skapas med enkla figurer. Han drev planet och använde oregelbundna polygoner, reflektioner, blicksymmetri och parallell översättning . Han skapade motsättningar mellan perspektivprojektion och egenskaperna hos tredimensionellt rum, han skildrade omöjliga i den verkliga världen, men estetiska konstruktioner. Litografin " Descending and Ascending " (1960) visar oss en omöjlig trappa , vars upptäckt är förknippad med namnen på Lionel (far) och Roger (son) Penrose [140] [141] [142] .
Tessellationerna skapade av Escher är ganska många, och några av idéerna föddes i samtal med matematikern Harold Coxeter om hyperbolisk geometri [143] . Mest av allt var Escher intresserad av fem polyedrar: tetraedrar, kuber, oktaedrar, dodekaedrar och ikosaedrar. Siffror förekom upprepade gånger i hans verk, men de är särskilt märkbara i "Order och kaos" (1950) och "Fyra vanliga polyedrar" (1961) [144] . Dessa stjärnformationer vilar inuti en annan figur, vilket ytterligare förvränger betraktningsvinkeln och uppfattningen av polyedrar [145] .
Den visuella komplexiteten hos parketter och polyedrar utgjorde grunden för många konstverk. Stuart Coffin skapar polyedriska pussel från sällsynta träslag, George W. Hart studerar och skulpterar polyedrar, och Magnus Wenninger skapar modeller av stjärnformationer [146] .
Förvrängda perspektiv på anamorfos har varit kända inom måleriet sedan 1500-talet. År 1553 målade Hans Holbein Jr. " Ambassadörer ", och placerade en kraftigt förvrängd skalle i förgrunden. Därefter lades anamorfa tekniker till arsenalen av Escher och annan grafik [147] .
Topologiska tomter är märkbara i samtidskonst . Skulptören John Robinson (1935-2007) är känd för sina verk Gordian Knot och Bands of Friendship , illustrationer av knutteori i polerad brons [9] . Några av Robinsons andra skulpturer handlar om toris topologi . "Skapelsen" ( eng. Genesis ) är byggd på principen om borromeiska ringar : tre cirklar är inte sammanlänkade i par, men de kan kopplas loss endast genom att förstöra hela strukturen [148] . Helaman Ferguson skulpterar ytor och andra topologiska föremål [149] . Hans verk The Eightfold Way är baserat på den projektiva speciella linjära gruppen PSL(2, 7) , en finit grupp med 168 element [150] [151] . Skulptören Bathsheba Grossman är också känd för att förkroppsliga matematiska strukturer [152] [153] .
Föremål som Lorentz-grenröret och det hyperboliska planet återskapas av mästare inom vävkonst, inklusive virkning [154] [155] [156] . 1949 publicerade vävaren Ada Dietz monografin Algebraic Expressions in Handwoven Textiles , där hon föreslog nya vävscheman baserade på utvidgningen av flerdimensionella polynom [157] . Genom att använda 90-regeln för en cellulär automat skapade matematikern Jeffrey C. P. Miller gobelänger som visar träd och abstrakta mönster av trianglar [158] ; cellulära automater används också för att direkt skapa digital bildkonst [159] . Math Knitters [ 160] [ 161] Pat Ashforth och Steve Plummer stickar mönster för sexkanten och andra figurer för studenter. Det är anmärkningsvärt att de misslyckades med att knyta Mengers svamp - den var gjord av plast [162] [163] . Ashforth och Plummers mathghans-projekt [ 164 ] har bidragit till att införliva stickteori i läroplanerna för brittiska läroplaner för matematik och teknik [165] [166] .
" De Stijl ": "Komposition I. Stilleben" (1916) av Theo van Doesburg
Från pedagogik till konst: Magnus Wenninger och hans stjärnpolyedrar , 2009
Mobius stripsscarf . Virkning, 2007
Anamorphosis : " Ambassadörer " (1553) av Hans Holbein den yngre . I förgrunden finns en kraftigt förvriden skalle.
Modellering är långt ifrån det enda sättet att illustrera matematiska begrepp. Stefaneschi -triptyken (1320) av Giotto innehåller en rekursion . Den centrala panelen på framsidan (nedre till vänster) visar oss kardinal Stefaneschi själv; han knäböjer och erbjuder en liten kopia av Triptyken som gåva [167] . Metafysiska målningar av Giorgio de Chirico , inklusive The Great Metafysical Interior (1917) behandlar teman av representationsnivåer i konst; de Chirico målar bilder i bilder [168] .
Konst kan fånga logiska paradoxer. Surrealisten René Magritte skapade sina målningar som semiotiska skämt och ifrågasatte förhållandet mellan ytor. Målningen " The Conditions of Human Existence " (1933) föreställer ett staffli med en duk; landskapet stödjer utsikten från fönstret, vars ramar indikeras av gardiner. Escher byggde tomten till The Picture Gallery (1956) på samma sätt: en förvrängd utsikt över staden, ett galleri beläget i staden, själva målningen som en utställning. Rekursionen fortsätter i det oändliga [169] . Magritte förvrängde verkligheten på andra sätt också. Mental Arithmetic (1931) skildrar en boplats där hus ligger sida vid sida med kulor och rätblock, som om barnleksaker vuxit till gigantiska proportioner [170] . En journalist för The Guardian kommenterade att den "läskiga planen för en leksaksstad" [171] blev en profetia, som förebådade modernisternas tillran av "gamla bekväma former" [172] . Samtidigt leker Magritte med människans benägenhet att söka efter mönster i naturen [173] .
Salvador Dalis sista målning , Svalans svans (1983), avslutar en serie verk inspirerade av René Thomass katastrofteorin [174] . Den spanske målaren och skulptören Pablo Palazuelo (1916-2007) utvecklade en stil som han kallade "livets och hela naturens geometri". Palazuelos konstverk är noggrant strukturerade och färgade uppsättningar av enkla figurer. Som ett sätt att uttrycka sig själv använder han geometriska transformationer [9] .
Konstnärer tar inte alltid geometri bokstavligt. 1979 publicerades boken Gödel , Escher, Bach av Douglas Hofstadter , där han reflekterar över det mänskliga tänkandets mönster, inklusive konstens koppling till matematiken:
"Skillnaden mellan Eschers ritningar och icke-euklidisk geometri är att i den senare är det möjligt att hitta meningsfulla tolkningar av odefinierade begrepp på ett sådant sätt att systemet blir begripligt, medan slutresultatet i den förra är oförenligt med vår uppfattning om världen, oavsett hur länge vi betraktar bilden." [175]
Hofstadter hänvisar till paradoxen i Eschers "Bildgalleri", och karakteriserar det som en "konstig loop eller invecklad hierarki" [176] av verklighetsnivåer. Konstnären själv är inte representerad i denna loop; varken dess existens eller faktumet av författarskap är paradoxer [177] . Vakuumet i mitten av bilden uppmärksammades av matematikerna Bart de Smit och Hendrik Lenstra. De antyder närvaron av Droste-effekten : bilden är självreproducerande i en roterad och komprimerad form. Om Droste-effekten verkligen är närvarande är rekursionen ännu mer komplicerad än vad Hofstadter [178] [179] drog slutsatsen .
Algoritmisk analys av konstverk, till exempel röntgenfluorescens , gör det möjligt att upptäcka lager som senare målats över av författaren, återställa det ursprungliga utseendet på spruckna eller mörka bilder, skilja kopior från originalet och särskilja mästarens hand från studentens [180] [181] .
Jackson Pollocks "droppande" teknik [182] är känd för sin fraktala dimension [183 ] Möjligen var Pollocks kontrollerade kaos [184] influerat av Max Ernst. Genom att rotera en hink färg med en perforerad botten över duken skapade Ernst Lissajous-figurer [185] . Datavetaren Neil Dodgson försökte ta reda på om Bridget Rileys randiga dukar kunde karakteriseras matematiskt . En analys av avstånden mellan banden "gav ett definitivt resultat", i vissa fall bekräftades hypotesen om global entropi , men det fanns ingen autokorrelation , eftersom Riley varierade mönstren. Lokal entropi fungerade bättre, vilket var i linje med kritikern Robert Koudelkas teser om konstnärens verk [186] .
1933 presenterade den amerikanske matematikern George D. Birkhoff för allmänheten verket "Aesthetic Measure" - en kvantitativ teori om måleriets estetiska kvalitet . Birkhoff uteslöt frågor om konnotation från övervägande, med fokus på de geometriska egenskaperna ("ordenselement") hos bilden som en polygon. Den additiva måtten tar värden från -3 till 7 och kombinerar fem egenskaper:
Det andra måttet återspeglar antalet linjer som innehåller åtminstone en sida av polygonen. Birkhoff definierar måttet på ett objekts estetik som ett förhållande . Attityd kan tolkas som en balans mellan det nöje som kontemplationen av ett objekt levererar och komplexiteten i konstruktionen. Birkhoffs teori har kritiserats ur olika synvinklar och förebrått honom för hans avsikt att beskriva skönhet med en formel. Matematikern hävdade att han inte hade någon sådan avsikt [187] .
Det finns fall då konst fungerade som en stimulans för utvecklingen av matematik. Efter att ha formulerat teorin om perspektiv inom arkitektur och måleri, öppnade Brunelleschi en hel serie studier, som inkluderade Brooke Taylors och Johann Lamberts arbete om perspektivets matematiska grunder [188] . På denna grund byggde Gerard Desargues och Jean-Victor Poncelet teorin om projektiv geometri [189] .
Matematiska metoder tillät Tomoko Fuse att utveckla den japanska konsten origami . Med hjälp av moduler sätter hon ihop av kongruenta pappersbitar - till exempel kvadrater - polyedrar och parketter [190] . År 1893 publicerade T. Sundara Rao Geometriska övningar i pappersvikning, där han gav visuella bevis på olika geometriska resultat [191] . De viktigaste upptäckterna inom origami-matematiken inkluderar Maekawas sats [192] , Kawasakis sats [193] och Fujitas regler [194] .
Föreskuggning av projektiv geometri : schema av L. B. Alberti (1435–36) som visar uppfattningen av en cirkel i perspektiv
Origami Mathematics : "Spring in Action" av J. Beynon skapad från ett enda rektangulärt pappersark [195]
Optiska illusioner , inklusive Fraser-spiralen, visar begränsningarna hos människans uppfattning av visuella bilder. Konsthistorikern Ernst Gombrich kallade effekterna de skapade för "obegripliga knep" [196] . De svarta och vita ränderna, som vid första anblicken bildar en spiral , är faktiskt koncentriska cirklar . I mitten av 1900-talet uppstod en stil av optisk konst som utnyttjade illusioner för att ge dynamik åt målningar, för att skapa effekten av flimmer eller vibrationer. Kända representanter för regin, i kraft av en välkänd analogi även känd som "op art", är Bridget Riley, Spyros Choremis [197] , Victor Vasarely [198] .
Idén om en gudsgeometer och den heliga naturen hos alla tings geometri har varit känd sedan antikens Grekland och kan spåras i västeuropeisk kultur. Plutarchus påpekar att sådana åsikter hade Platon : "Gud geometriserar oupphörligt" ( Convivialium disputationum , liber 8,2). Platons åsikter har sina rötter i det pytagoreiska konceptet musikalisk harmoni, där tonerna är fördelade i idealiska proportioner som dikteras av längden på lyrans strängar. I analogi med musik bestämmer regelbundna polyedrar ("platoniska fasta ämnen") proportionerna för den omgivande världen och, som ett resultat, plotter i konsten [199] [200] . En berömd medeltida illustration av Gud som skapade universum med en kompass hänvisar till bibelversen : ”När han beredde himlen, var jag där. När han drog en cirkel över avgrunden” ( Ordspråksboken av Salomo , 8:27) [201] . År 1596 presenterade matematikern och astronomen Johannes Kepler en modell av solsystemet - en uppsättning av kapslade platoniska fasta ämnen, som representerar de relativa storlekarna av planetbanor [201] . Målningen "The Great Architect " av William Blake , liksom hans monotyp "Newton", där den store vetenskapsmannen avbildas som en naken geometer, visar kontrasten mellan den matematiskt perfekta andliga världen och den ofullkomliga fysiska [202] . På samma sätt kan man tolka Dalis " Hyperkubiska Kropp ", där Kristus korsfästes på en tredimensionell utveckling av en fyrdimensionell hyperkub . Enligt konstnären kan det gudomliga ögat mäta mer än det mänskliga [82] . Dali föreställde sig Kristi sista måltid med lärjungarna som ägde rum inuti en gigantisk dodekaeder [203] ,
Geometer Gud. Frontispice av " Bible moralisée ". Codex Vindobonensis 2554. c. 1220
" Kepler Cup ": fem vanliga polygonmodeller av solsystemet . " Universums mysterium ", 1596
"Den store arkitekten " (1794) av William Blake
" Hyperkubisk kropp " (1954) Dali
![]() |
---|
Visualisering av teknisk information | |
---|---|
Områden |
|
Bildtyper _ |
|
Personligheter |
|
Närliggande områden |
|
Geometriska mönster i naturen | ||
---|---|---|
mönster | ||
Processer | ||
Forskare |
| |
Relaterade artiklar |
|