趣味数学：建筑的数学美
数学除了日常生活的计算，在生活很多场景中经常会遇到。抬头看看身边的建筑，能发现很多数学的踪迹。接下来和极客数学帮一起来盘点一下，那些具有“数学美”的建筑吧！
黄金分割
埃及金字塔
埃及金字塔是古埃及的帝王（法老）陵墓，世界八大建筑奇迹之一。石块之间没有任何黏着物，靠石块的相互叠压和咬合垒成。金字塔底面边长与高之比约为11：7，恰好为祖冲之发现的约率22/7=3.142857的一半。
巴特农神庙
巴特农神庙之名出于雅典娜的别号。其立面高与宽的比例为19:31，接近希腊人喜爱的“黄金分割比”，因此具有独特的美感。
东方明珠
上海东方明珠电视塔的塔高468m，上球体到塔底的距离约为289.2m，二者之比非常接近黄金比例0.618，因此显得格外挺拔。
膜结构
水立方
“水立方”是北京奥运会国家游泳中心，它的膜结构是世界之最。它是根据细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计而成的，这种形态在建筑结构中从来没有出现过，创意十分奇特。
而肥皂泡中蕴含了丰富的数学问题，比如什么样的泡沫结构效率最高？这个问题叫做开尔文问题，至今仍是未解之谜。
阳光谷
位于上海世博园的阳光谷是中国第一的索膜结构建筑，其特殊之处在于柔性，白色膜布的最大风摆幅可以达到上下3米，大风吹来，膜布能随风起舞。而这种膜结构和微分几何中的极小曲面关系密切。
单叶双曲面&双曲抛物面
广州塔
俗称“小蛮腰”的广州塔采取的是单叶双曲面的结构。由于单叶双曲面是一种双重直纹曲面，它可以用直的钢梁建造。这样会减少风的阻力，同时，也可以用最少的材料来维持结构的完整。除了广州塔以外，许多发电厂和冷却塔也是这种结构。
圣玛丽教堂
位于旧金山的圣玛丽教堂采取的是双曲抛物面的结构，也叫做“马鞍面”。马鞍面是罗氏几何的一个重要模型。另外，我们常吃的某些薯片就是马鞍面哦。
球形结构&拱形结构
富勒球
富勒设计的蒙特利尔世博会美国馆，被人亲切地称为“富勒球”。这样的设计在现代已随处可见。然而这种不需要柱、梁、拱顶等支撑物的建筑模式在当时遭到很多人的怀疑。三位化学家从中，深受启发，发现了的新碳球C60的晶体形态，并最终获得了1996年诺贝尔化学奖。
悉尼歌剧院
悉尼歌剧院的形状实际上参照了同一个被拨开的球体的扇形部分，也就是说，这些曲面可以同属一个球面方程。它解决了开展大规模制造、加工零件的精度问题以及简单装配问题。
另外，球形或椭球形结构的好处在于坚固——比如生鸡蛋是很难用手握碎的。这是因为球形的任何一个地方受力，力都可以向四周均匀地分散开来。巨大的贮油罐做成球形就是这个道理。电灯泡为了更透光，玻璃壳很薄，但做成球形，它就比较坚固了。此外，安全帽盔，锅盖，雨伞等物品的设计里也有类似的原理。
赵州桥
球形是若干个拱形的组合，因此拱形也具有坚固的特点。这也是为什么大部分的桥要设计成拱形的原因了，比如我国著名的赵州桥。因为这种形状更坚固，可以使受力分散，进而桥体的承重力加大。
对称结构
泰姬陵
在所有的建筑中，最对称的建筑之一就是印度的泰姬陵。不仅主体建筑对称，就连水池边的瓷砖花纹、树木都对称。不仅左右对称，由于在水的倒映下，还上下对称。这种对称的构成能表达秩序、安静与稳定、庄重与威严等心理感觉，并能给人以美感。
故宫博物院
故宫博物院采取严格的中轴对称的布局方式：中轴线上的建筑高大华丽，轴线两侧的建筑相对低小简单，同样给人一种庄严肃穆的感觉。
悬链线
金门大桥
位于美国旧金山的金门大桥，是世界著名的桥梁之一，被国际桥梁工程界广泛认为是美的典范。金门大桥是一种悬索桥，用到了数学上悬链线的原理，而悬链线方程的发现在数学史上还是一段趣闻呢。
圣路易斯拱门
圣路易斯拱门，为圣路易斯市的地标。这座雄伟壮观的不锈钢悬链线的建筑物，高达192米，是美国向西开发的一个象征。
莫比乌斯带
凤凰卫视北京总部大楼
凤凰卫视北京总部大楼的设计灵感就来自有名的“莫比乌斯带”。把一根纸条扭转180°后，两头再粘接起来即可做成其模型。莫比乌斯带是一种不可定向的曲面，一只小虫可以爬遍整个曲面而不必跨过它的边缘。
长沙中国结步行桥
湖南长沙的中国结步行桥位于梅溪湖上，其设计灵感源于中国传统工艺形式——中国结，同时加入了西方数学家发现的莫比乌斯环的结构特征，寓意梅溪湖地区不断突破发展，被评为“世界最性感建筑”。笔者在大学期间去上面走过，当时还正在修建中。
极小曲面
慕尼黑奥运会场馆
在数学中，极小曲面是指平均曲率为零的曲面。举例来说，满足某些约束条件的面积最小的曲面。 物理学中，由最小化面积而得到的极小曲面的实例可以是沾了肥皂液后吹出的肥皂泡。肥皂泡的极薄的表面薄膜称为皂液膜，这是满足周边空气条件和肥皂泡吹制器形状的表面积最小的表面。
菱形几何元素
申发大厦
申发大厦楼体31°切角，主要朝向面向闽江面，使浩瀚江景与建筑空间实现无缝融合。简洁现代的立面，采用隐框、明框玻璃幕墙设计，使建筑与波光粼粼的闽江水相映成辉，将闽江文化演绎得淋漓尽致。
强调光与影的简约笔触，力求表达风靡全球的时尚理念，申发大厦首创独特的菱形建筑形态，外立面采用切面设计和玻璃幕墙，整个建筑大气磅礴。申发大厦璀璨耀世，“菱”动海西，标注CBD最具前瞻的建筑。
以上为极客数学帮分享趣味数学：建筑的数学美！我们要学会善于发现生活中的建筑美哦~
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