The mathematics of art and architecture

Not every Alton Decorative and Fine Arts Society (ADFAS) lecture starts with an explanation of basic geometry, but all became clear when visiting speaker Alexandra Epps provided examples of practical mathematics in action.

The audience heard how the Fibonacci sequence of numbers is nature’s code, used in such things as the leaf arrangement in plants, the parts of a pinecone and the scales of a pineapple.

The so-called ’Golden Ratio’ of 1:1.618, and the associated curve on the arc, was used by Classical architects producing buildings with pleasing proportions which made them in harmony as well as beautiful.

A number of buildings which conformed to this golden ratio were shown from Classical times, through the Gothic Notre-Dame cathedral of the 12th century, Palladio’s villas of the 16th century, Inigo Jones’ buildings of the 17th century and Georgian styles of the 18th century, right up to the work of modern architects Le Corbusier, Frank Lloyd Wright and others.

The well-known Leonardo da Vinci drawing of Vitruvian Man, completed around 1490, provided the starting point for an examination of a selection of paintings and sculpture which incorporated this golden ratio, and thus were regarded as beautiful works of art.

Sculpture by Michelangelo, artworks by the Italian Renaissance master Piera Della Francesca, Botticelli and Leonardo da Vinci, and works from 19th-century French artist Seurat and Dutch painter Mondrian, were explored.

There was even a short-lived art movement called the Section d’Or, just before the First World War, which espoused the mathematical element of composition.

Tony Cross of ADFAS said: "Whereas ADFAS lecture topics are usually based on the work of a known artist, sculptor, architect or period of art history, this lively and informative presentation gave a broad-brush stroke approach to a fundamental component in a wide variety of art and design applications."

The next ADFAS meeting will be in The Martin Read Hall at Alton College on March 13 at 8pm, when the topic will be Cleopatra’s Needle, the popular name for each of three ancient Egyptian obelisks re-erected in London, Paris and New York City during the 19th century. Visitors are welcome.

http://www.surreyandhantsnews.com/article.cfm?id=110377&headline=The%20mathematics%20of%20art%20and%20architecture&sectionIs=news&searchyear=2018

とても興味深く読みました：ゼロ除算の発見4周年超えました：

再生核研究所声明 399(2017.11.16): 数学芸術分野の創造の提案　－　数学の社会性と楽しみの観点から

ここ一連の声明で数学について述べてきた：

再生核研究所声明 398(2017.11.15): 数学の本質論と社会への影響の観点から　－　ゼロ除算算法の出現の視点から

数学、数学の本質論については　次で相当深く触れた：

No.81, May 2012(pdf 432kb) - International Society for Mathematical ...

www.jams.or.jp/kaiho/kaiho-81.pdf

また数学の社会性の観点からは、

再生核研究所声明 392(2017.11.2): 　数学者の世界外からみた数学　 ―　数学界の在り様について　

で触れ、違った観点から、数学の本質論と社会への影響について述べた。さらに

数学とは基本的に、ある仮定の下に導かれる全体である。関与する数学者にとっては、その体系に魅せられ関係を追求していくことになるが、他の人にとっては、あるいは社会的には、それらがどのような意味、影響を与えてくれるかが　人が興味、関心を抱くか否かが大事な問題であると言える。他からみれば、興味、関心、影響を与えないようなものは　存在していないようなものであるから、それだけ人にとっては価値がないものであるとも言える。―　もちろん、逆に、未来人が高い評価を与える場合もある。

そこで自然な考えが突然浮かんだ：

２０１７．１１．１３.１０：４５突然、この流れで考えが湧いた。数学を芸術として楽しもうという新しい分野の創造の提案である。

数学は抽象的な理論、文章や式で表される場合が多く、社会の一般の方の理解が難しい不幸な状況にある。数理に興味を抱く多くの人々を遠ざけ、数理に喜びや楽しみがあるのに、スポーツやドラマ、芸術、文学などに比べて民衆の享受に寄与していないのは、数理の美しい世界の存在に比べて誠に残念な状況であると危惧される。―　数理の話題、ニュース、情報の極端に少ない現状からそう判断せざるを得ないのではないだろうか。数理科学を楽しみ、数理の世界の社会貢献、裾野の広がりを求めて、数学芸術　分野の創造と発展を提案したい。少し、具体的に触れるが　いろいろな衆知を集めて構想そのものの進化を期待したい。

数学芸術は　数学の内容を、絵画やその他の手段で簡明な表現を求め、音楽や絵画が感動を呼び起すように　美しい表現を追求していく。

数理科学の社会的文化的基盤を拡充、充実発展させ、数理科学を芸術のように楽しみ、かつ　真智への愛　を育てる。

以　上

再生核研究所声明 408(2018.1.25): 　数学を越えて　―　価値あるものとは

（ゼロ除算の研究に専念してきた物理学者と興味深い議論をしてきた。　それで気づかされた視点である。）

数学の本質論：
No.81, May 2012(pdf 432kb)

www.jams.or.jp/kaiho/kaiho-81.pdf

から、最近でも数学についていろいろな意見を表明してきている：

再生核研究所声明 398(2017.11.15): 数学の本質論と社会への影響の観点から　－　ゼロ除算算法の出現の視点から

再生核研究所声明 399(2017.11.16): 数学芸術分野の創造の提案　－　数学の社会性と楽しみの観点から

再生核研究所声明 400(2017.11.17): 数学の研究における喜びと嫌な思い

再生核研究所声明 401(2017.11.18): 数学の全体、姿、生命力

再生核研究所声明 402(2017.11.19): 研究進めるべきか否か　－　数学の発展

ゼロ除算の研究者は我々の研究グループを除いて世界で大体１５名くらいいて、彼らの研究は今でも混乱していると言える。大きく分けると数学の基礎が無くて、論理が通じず、混乱している数学の愛好者たち、ゼロ除算不可能性に満足できず　―　この元は多くは計算機がゼロ除算に会うと計算機障害を起こすが、それを回避することに動機がある　―　公理論的に独自の数学を建設している者、そして物理学上の立場からゼロ除算の研究に取り組んでいる者である。この最後のグループとの相当な議論をして感じたことを述べたい。―　尚、我々の研究グループは、内外大体８名である。ゼロ除算は本質的に解明され、基本は既に確定していると考えている。―　我々の存念を繰り返し内外に広く送っているが、上記グループからも批判が寄せられず、我々の主張を相当理解され、認めてきていると判断している。

特に二人の研究者はゼロ除算と物理学の関係を人生をかけて、研究しているように見えるほど、研究活動が活発である。ところが繰り返し確認しているが、この二人はゼロ除算の定義、0/0の定義は何かとの質問に　定義はないと繰り返し言明している。それで数学者の立場からは議論はできず、論理的に考えられない状況になってしまう。論理的に矛盾であると言っても自分たちの立場を変えようとしないのである。事実は我々の結果に反して0/0=1 であると物理的な裏付けで主張され、数学がおかしいという考えを抱いていることが分かる。物理的な事実は数学を超えていると考えていることが分かる。多くの数学者はこの辺で交流を打ち切るのが　普通ではないだろうか。－　実際、彼らの理論は数学界でも物理学界でも受け入れられていないようである。

そこで、数学についてそのような視点から考えさせられることがある。いろいろな理論が提起されて、いろいろな結果が導かれる。何をもってそれらを評価し、価値あるものと判断できるかという視点である。公理系や論理も、仮定もいろいろ存在して、様々な研究成果が得られている。ここで、評価をどのようにするかである。ある純粋数学者は人類の名誉のためにこの問題を解いたと表現するが、他の人はそんなことは分からず、また興味も関心もないという。興味、関心の前に　結果そのものが分からないは　今や純粋数学ではほとんどであると言えよう。

数学とは何かを論じ、数学とは関係の集まりであるとして、良い結果とは、

基本的であること、

美しく感動させること、

そして　

世の中に良い影響を与えるものとして、

オイラーの公式が数学上の最高の結果であると表現した：

No.81, May 2012(pdf 432kb)

www.jams.or.jp/kaiho/kaiho-81.pdf

T. M. Rassias, Editor, Nonlinear Mathematical 　 Analysis and Applications, HadronicPress,Palm Harbor,FL34682-1577,USA:ISBN1-57485-044-X,1998, 　 pp.223–234: Nonlinear transforms and analyticity of functions, Saburou Saitoh.

それで、結局は世界史に貢献できる結果こそが良い結果であると言えよう。

上記物理学者に　理論を越えてそれでは貴方の研究成果の効用、価値はどこにあるのかと　問う。すると反作用で、私たちの研究成果の効用、意義はこうであると応えなければならない。言わば、その証拠を分かり易く、明示する必要がある。－　この精神で　ゼロ除算の新奇な結果の位置づけ、重要性を説明するために　具体的な証拠を沢山探す必要性に迫られた。

数学者は、数学の自由な精神で自由に研究を進めても良いが、評価を求めるためには得た成果の意義、意味、価値を具体的に示すことが要求されると言える。

そこで、ゼロ除算の重要性を示すために多角的な取り組みを始め、いろいろな表現を考え、意見表明を行っている。数学者の名誉のために、人類の名誉ためにである。―　実際、数学には恥ずかしい初歩的な欠陥があると主張している。さらに、人はゼロ除算の真相から、人間の愚かさを自覚することが出来るから、人間の精神の開放に　ゼロ除算は大きく貢献できると考えている。

以　上

再生核研究所声明 415(2018.2.19): 　数学の進化は単調か、進化と衰退

数学とは　ある仮定系を基礎（公理系）に論理的に導かれる関係達の集まりである（No.81, May 2012　(pdf 432kb)　www.jams.or.jp/kaiho/kaiho-81.pdf）。数学者はそれゆえに導かれている結果、関係から、新しい関係を導く活動を　研究と称して行っていると言える。分かり易い問題意識は、提起された予想や問題を解決することであるが、それらさえ関係をキチンと確立させることであると表現される。

例えばリーマン予想やフェルマー予想等は歴史的に有名であり、　ピタゴラスの定理やオイラーの公式は基本的で美しい関係式として有名である。数学を進化させる原動力であるが、命題、定理の一般化や精密化なども分かり易い数学の研究姿勢である。　今までの定理を含むような結果は進化した結果であり、知られている関係の詳しい関係の発見も分かり易い数学の進化である。しかしながら、ある分科で一般化、精密化が極端に進めば、理解できる者は限られ、興味関心を抱く者も極端に少なくなり、世の中との関係も薄くなってしまい、　それらの意味は　どれほどかと問われる程に成る。　それらの分科から少しずれた人たちは興味も関心も抱かず、　得られたり　論じている世界さえ理解できなくなってしまう。　多くの人は、そのような理論には、興味も関心もないと思ってしまう。そうなれば、数学のそのような状態は衰退した末期的状況と言えるだろう。

その様な数学の姿は　生物の生体のように、誕生の鮮やかさ、成長期のみずみずしさ、衰退期などと同じようにみられる。

人生７０年くらいのスパンで見れば、　ある分野の数学の華やかさと衰退そしてほとんど関心がもたれなくなる姿を見ることになる。そのような観点から、永い時代愛されてきた結果は　基本的で衰退することはなく、本質的な結果として時代を超えて存在し、愛されるものになるだろう。それらを表現する言葉は、基本的である、美しい、影響力のある結果であると纏められよう。

数学の質の高い研究として　概念の創造、関係そのものの定義について触れて置こう。微分の概念、積分の概念、勾配の概念、群の概念、位相の概念などなどである。それらの概念の発見は、既に新しい数学の始めであるから、数学の芽のようなもので、基本であればそれだけ価値あるものになる。多くの場合、物理や自然現象からそのような概念が生まれた経緯に注目して置きたい。概念の分かり易い表現は名付けることである。子供が誕生したり、新しい星や島を発見したら命名するようにである。

声明の表題の趣旨は　何事成長の様は単調ではなく、大きな視野を持って研究の状況の判断を行うことの重要性を指摘し、絶えず新しい芽を探し、待つ心のゆとりが大事であることを指摘することである。成果主義の煽りで、成果を急ぎ過ぎて形式的な抹消の研究に囚われ過ぎてしまう危険な世相の時代ではないだろうか。　形式的な評価、数値の量に囚われた実の無い研究の空しい時代の観がしないだろうか。　研究には余裕、楽しみ、本質を求める精神が大事ではないだろうか。　最近　岡潔氏の話題が多いが、岡氏のようには　普通はなれず、そのようには研究者としては生きていけないから、まねることは良くなく、何事ほどほどが大事で、いろいろな在りようも尊重されるべきである。しかしながら、岡氏のよう人物も大事に育てる文化を持つことも　大事ではないだろうか。天才の育成も、平凡な数学者も、数学愛好者の育成もそれぞれに大事ではないだろうか。　高い山は、大きな裾野が広がってこそ有り得る。多様な世界は偉大なる世界であり、人間存在の価値を高める原理である。

ところで、衰退であるが、国家が衰退したり、生物が病的に衰退するように、もともとの発祥の動機、育成のみずみずしさを失い、それらの周辺におかしな在りようが蔓延して　本末転倒なような状況が増大すれば、学問の在り様などもおかしくなって急激に衰退するのではないだろうか。　大学は何をするところかと問うた言葉が想起させられる。何の為の数学か、何のための数学教育かと絶えず自戒して行きたい。疑問を抱いたり、疑ったり、考えたりしてはいけない、と教育の場で指導された生徒の不満の声も結構多い世相はないだろうか。この観点から、

しかしながら、１３００年以上に亘って、算術の創始者が0/0は0であると定義していたものを　それは間違いであると言ってきた世界の数学界は　相当おかしく、世界の数学界の恥ではないだろうか。

と　繰り返し述べてきた。　数学界のゼロ除算思考停止は　数学界がマインドコントロールされているように現在でも世界の大勢である状況にあると言える。

そこで、我々のゼロ除算についての考えは真実か否か、広く内外の関係者に意見を求めている。関係情報はどんどん公開している。次も参照：

再生核研究所声明 402(2017.11.19): 研究進めるべきか否か　－　数学の発展

再生核研究所声明 408(2018.1.25): 　数学を越えて　―　価値あるものとは

以　上

再生核研究所声明 416(2018.2.20): 　ゼロ除算をやってどういう意味が有りますか。何か意味が有りますか。何になるのですか　－　回答

ゼロ除算とは例えば、１００割るゼロを考えることです。普通に考えると、それは考えられない（不可能）となるのですが、それが分かることが　まず第１歩です。この意味が分かるまでは、　次には進めませんので、興味があれば、　次で解説されている最初の方を参照してください：

ゼロ除算の研究状況は、数学基礎学力研究会　サイトで解説が続けられています：　http://www.mirun.sctv.jp/~suugaku/

できない（不可能である）と言われれば、何とかできるようにしたくなるのは相当に人間的な素性です。いろいろな冒険者や挑戦者を想い出します。ゼロ除算も子供の頃からできるようにしたいと考えた愛すべき人が結構多く世界にいたり、その問題に人生の大部分を費やして来ている物理学者や計算機科学者たちもいます。現在、ゼロ除算に強い興味を抱いて交流しているのは我々以外でも海外で　大体２０名くらいです。ある歴史家の分析によれば、ゼロ除算の物理的な意味を論じ、ゼロ除算は不可能であると最初に述べたのはアリストテレス（BC 384-322）だということです。

また、アインシュタインの人生最大の懸案の問題だったと言われています。実際、物理学には、形式的にゼロ分のが　出て来る公式が沢山有って、分母がゼロの場合が　問題になるからです。いま華やかな宇宙論などでブラックホールや宇宙誕生などと関係があるとされ、ゼロ除算の歴史は　神秘的です。

ところが、ゼロを数学的に厳密に扱い、算術の法則を発見したインドのBrahmagupta (598 -668 ?)　は　何と１３００年も前に、0/0　はゼロであると定義していたというのです。それ以来１３００年を超えてそれは間違いであるとされて来ました。1/0　等は無限大だろうと人は考えて来ました。関数 y=1/x　を考えて、　原点の近くで考えれば、限りなく正の無限や負の無限に発散するので人は当然そのように考えるでしょう。天才たちもみんなそうだと考えて、現代に至っています。

ところが偶然４年前に　驚嘆すべき事実を発見しました。　関数 y=1/x　の原点の値をゼロとすべきだという結果です。聞いただけで顔色を変える数学者は多く、数年経っても理解できない人は多いのですが、素人がそれは美しい、分かったと喜ぶ人も多いです。算術の創始者Brahmaguptaの考え、結果も　実は　適当であった。正しかったとなります。―　正しいことを間違っているとして来た世界史は　恥ずかしいのではないでしょうか。

この結果、無限の彼方（無限遠点）、無限が　実はゼロ（ゼロで表される）だったとなり、ユークリッド、アリストテレス以来の我々の空間の考えを変える必要が出て来ました。案内の上記サイトで詳しく解説されていますが、私たちの世界観や初等数学全般に大きな影響を与えます。どんどん全く新しい結果、現象が発見されますので、何といっても驚嘆します。　内容レベルが高校生にも十分分かることも驚きです。例えば、y軸の勾配がゼロで、tan (\pi/2) =0　だという驚きの結果です。数学というと人は難しくて分からないだろうと思うのが普通ではないでしょうか。そこで、面白く堪らなく楽しい研究になります。　現在、簡単な図を沢山入れてみんなで見て楽しんで頂けるような本を出版したいと計画を進めています。

内容は上記サイトで、相当素人向きに丁寧に述べているので、興味のある方は解説の最初の方を参考にして下さい。

以　上

美術と建築の数学