解密侗族鼓樓中的數學文化
中國的古建築都是經過精密地計算得出來具體的數據,再由工匠按圖索驥,一步一步做出來的。這樣的房屋建造方式也影響到了侗族同胞的房屋建造過程。今天,小編就為大家分享一些侗族建築中的數學文化,希望能夠給你們一些啟發。
侗族聚居的村寨都有鼓樓,鼓樓是侗族所特有而其他民族所沒有的建築,是侗族全部精神性的文化結晶,是最具有象徵性的文化符號。鼓樓雄偉、壯觀,佔地面積百餘平方米,高數十米不等。如此高大的建築,其整體以杉木做柱、枋鑿榫銜接,橫穿斜套,縱橫交錯,結構嚴謹牢固,卻不用一釘一鉚,其中藴涵着豐富的數學文化,也體現了侗族祖先的數學應用與思維特徵。鼓樓主體結構對稱和諧,其平面圖通常是正方形,正六邊形和正八邊形,常見的八角鼓樓平面圖通常由正方形和正八邊形複合組成。如:從江縣增衝鼓樓平面結構圖內部是一個正方形,而外部是一個與正方形同心的正八邊形組成等。所以,建築師在建造鼓樓時大量地涉及與正多邊形相關的計算。
1、鼓樓中的三角形
侗族人在建造鼓樓樓冠屋面的三角架時,常常會計算直角三角形的直角邊,這時出於經驗的總結和實際運用的簡化,就用直角三角形的鄰邊乘以0.75(或7.5)這樣的三角架,其中OBi(i=1,2,3,…)的長度為已知,角O的大小與AiBi長度的確定一般是通過公式:AiBi(單位:市寸)=7.5×OBi(單位:市尺)。(1)來實現的:而鼓樓樓冠以下的各層翹檐也要製作三角架,角O的大小與AiBi長度的確定是將公式(1)中的7.5改為5而實現:AiBi(單位:市寸)=5×OBi(單位:市尺)。(1′),用現代數學語言公式(1)很容易表達為:AiBi=OBitanθ。(其中tanθ=0.75,或0.5,θ為角O大小)。(2)都取5,即公式(1′)。從公式(1)及我們測量中得到的數據可以看出,古代侗族雖然還沒有系統地掌握三角函數知識,但三角函數思想及計算卻早已有之。(1)式中的三角形恰巧是“勾3、股4、弦5”.但實際製作時,特別是樓冠他們卻做成流線形的三角架,這使屋面更加美觀的同時,似乎又應證了擺線形弧面加快雨點排泄速度的原理。
2、鼓樓中的近似計算
在鼓樓建築中,無論是四角鼓樓、六角鼓樓或是八角鼓樓,近似計算都是無法迴避的事實。例如,上述用“九五分六角”的方法得到正六邊形,就屬於近似計算問題。還有,運用公式計算正八邊形的邊長就是一個取邊長的不足近似值的近似計算,誤差不超過0.0155,這在半徑不超過3m的樓冠上誤差不到4.65cm;鼓樓建築師處理這樣的誤差問題全憑長期的做工經驗,並根據柱頭的大小、正八邊形半徑的長短來估計誤差大小,進而去彌補不足近似值,同時還利用杉木的忍性在連接兩個柱頭的木枋上做成如圖這樣的兩個“魚尾”彌補其不足,同時“魚尾”又起到了掩蓋柱眼以增強建築的美感和固定柱子位置的作用。真可是巧奪天工。
在鼓樓建築中還經常遇到求正方形對角線長的問題。鼓樓建築師通常採用的計算方法是:
對角線長=1.4×邊長
顯然,它是公式“對角線長=×邊長”的近似計算。連接兩柱頭的對角線木枋通常情況下也做成如圖那樣的兩個“魚尾”以彌補不足近似值。侗族生活中沒有無理數的概念,但以上説明他們如同其他民族或地區的文明一樣利用了有理數做近似計算,而且無論是四角鼓樓、六角鼓樓或是八角鼓樓,在相關的長度計算中一般都取不足近似值,不足部分留給兩“魚尾”去彌補,這是侗族鼓樓建築中近似計算的基本特徵。
3、鼓樓中的黃金分割
鼓樓建築中藴涵有秩序美、層次美、對稱美與和諧美,這個設計藝術是為了求達到平衡穩定的一種計算,寓意侗族人民對和諧、完美的追求。經測量,從江增衝鼓樓的淨高約25m。
即AC=25m,內有四根大柱,每根高約15m,即AB=15m.於是有=0.6,這説明其樓頸(B)處基本處於整個鼓樓的黃金分割點處。類似的,E點也基本處於DF的黃金分割點處。
進一步考察鼓樓的內部結構如圖是鼓樓內部結構主視圖,DZ是它的內柱,由D延伸出去可到達外柱AG.圖上的GH,LM,OR,VW,YZ,這些點連接起來就是鼓樓的屋檐。從圖可以比較直觀的看出點G,L,Q,V,Y處於某個特殊位置,仔細研究發現,即它們都近似的位於某個黃金分割點處。此外,據有關專家研究,上述的侗族“九·五分六角”即與黃金分割數只相差也比較符合建築美學原理。
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