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用几何画板创作分形图

 zyy_9999 2012-05-09

                            用几何画板创作分形图 

    在《几何画板》中利用图形迭代可生成一些分形图。下面列举几种有名的分形图的前几个阶段生成的图形供读者欣赏。
    (1)康托尔三分集

    1883年,德国著名数学家康托尔(G.Cantor)构造了一个奇异的集合:取一条长度为1的直线段,将它三等分,去掉中间一段,将剩下的两段各再三等分,各去掉中间一段,剩下更短的四段各再三等分,这样一直继续操作下去,直至无穷,便可得到一个离散的点集F,称为康托尔三分集(图7—1—8)。

   

图7—1—8康托尔集的前4级

 图7—1—2科赫雪花曲线 

    (2)科赫曲线

    这是1904年,由瑞典数学家H.科赫构造出的被称为“数学怪物”的著名曲线(图7—1—2)。它被用作晶莹剔透的雪花模型。

    (3)谢尔宾斯基三角形“垫片”

    1915~1916年,波兰数学家W.谢尔宾斯基(Sierpinski)构造了这样一种图形:将边长为1的等边三角形均分成四个小等边三角形,去掉中间的一个小等边三角形,再对其余3个小等边三角形进行相同操作,这样操作继续下去直至无穷,所得图形称为谢尔宾斯基三角形“垫片”(图7—1—9)。它被用作超导现象和非晶态物质的模型。

图7一l一9谢尔宾斯基三角形垫片

    (4)谢尔宾斯基“地毯”

    将类似的操作,施以正方形区域(这里是将正方形分成9等分)。所得的图形称为谢尔宾斯基“地毯”(图7—1—10)。 

图7—1—10谢尔宾斯基地毯

    (5)门杰海绵与谢尔宾斯基金字塔

    奥地利数学家K.门杰(K.Menger)从三维的单位立方体出发,用与构造谢尔宾斯基地毯类似的方法,构造了门杰“海绵”(1999年以前,大部分分形著作中,均误称之为谢尔宾斯基海绵);用与构造谢尔宾斯基三角形垫片类似的方法,构造了谢尔宾斯基金字塔(图7—1—11)。这是两座宏伟的集合大厦,里面有无数的通道,连接着无数的门窗。这种“百孔千窗”、“有皮没有肉”的结构的表面积是无穷大,它们是由反复挖去一拨比一拨小的立体所生成,是化学反应中催化剂或阻化剂最理想的结构模型。

图7 1_11  门杰海绵与谢尔宾斯基金字塔

    (6)皮亚诺曲线(I) 

    1890年,意大利数学家皮G.皮亚诺(G.Peano)构造了著名的皮亚诺曲线(图7—1—12)。将一条线段三等分,以中间一段为边向线段两旁各作一正方形,如此继续作下去,以至无穷,便是皮亚诺曲线,这条曲线最终能填满整个正方形区域。

图7—1—12皮亚诺曲线(工)

    (7)皮亚诺曲线(Ⅱ)

    取一个正方形并把它分成4个相等的小正方形,然后从左上角的正方形开始至左下角的正方形结束,依次将小正方形的中心连接起来,再把每个小正方形又分成4个相等的正方形,则有 个正方形,同样把它们连接起来……如此继续不断作下去,以至无穷,也便形成了一条皮亚诺曲线(图7—1—13)。同样,这条皮亚诺曲线,也会填满“整个起始的正方形区域”。

 

图7—1—13皮亚诺曲线(Ⅱ)

    (8)其他分形图形 
    用《几何画板》还可制作出许多的分形图形,下面列出几幅供读者欣赏(图7—1—14、图7—1—15)。 

图7—1—14春风杨柳

图7—1—15嫩芽初放

    分形几何还可被带人中学课堂,用《几何画板》生成分形图形,可以看到:①动态的生成过程;②作图速度快,且图形准确;③可以将各级图形加以比较。让学生体会到:科学家研究问题的方法并不神秘,只是他站得更高,看得更远。

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