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数学之美(三)——分形
文章来源: 作者: 发布时间:2023-04-08 22:11 点击数:

分形之美,不可方物

美学家李泽厚曾说:“美感是尚待发现和解答的某种未知的数学方程式。”数学,向来都是枯燥无味的,但要是细心观察,仔细发掘,我们就能探索到属于数学独有的浪漫。今天,就让我们从奇妙的分形开始,感受数学与大自然碰撞出的火花。

分形理论的诞生

数学家曼德布罗特(B. B. Mandelbrot)经历了不平凡的潜心研究,于1975年出版了他的关于分形几何的专著《分形、机遇和维数》,标志着分形理论的诞生。

数学家研究分形,是力图以数学方法,模拟自然界存在的、及科学研究中出现的那些看似无规律的各种现象。在过去的几十年里,分形在物理学、材料科学、 地质勘探、乃至股价的预测等方面都得到了广泛的应用或密切的注意,并且由于分形的引入,使得一些学科焕发了新的活力。

1、从整体上看,分形几何图形是处处不规则的。例如,海岸线和山川形状,从远距离观察,其形状是极不规则的。

2、在不同尺度上,图形的规则性又是相同的。上述海岸线和山川形状,从近距离观察,其局部形状又和整体形态相似,它们从整体到局部,都是自相似的。当然,也有一些分形几何图形,它们并不完全是自相似的。

分形定义:1973年,曼德布罗特在法兰西学院讲课时,首次提出了分维和分形几何的设想。分形(Fractal)一词,是曼德布罗特创造出来的,其原意具有不规则、支离破碎等意义,分形几何学是一门以非规则几何形态为研究对象的几何学。由于不规则现象在自然界是普遍存在的,因此分形几何又称为描述大自然的几何学。

曼德布罗特曾经为分形下过两个定义:条件是Dim(A)>dim(A)的集合A,称为分形集。其中,Dim(A)为集合AHausdoff 维数(或分维数),dim(A)为其 拓扑维数。一般说来,Dim(A)不是整数,而是分数,称为分形。

自然界分形图形

花类图案是斐波纳契数列或称黄金螺旋型。

植物类分形图是自相似图案,

图案可以任何放大或缩小率生成和复制。

菊石间隔之间的壳壁被称作缝线,

它是分形复曲线。

雪花冰晶分形图形。

海岸线、瀑布,峡谷等分形图。

几何分形图赏析1、雅各布线2、阿基米德线3、玫瑰线4、笛卡尔线5、勾股树形6、谢尔宾斯基三角

每一门学科,都可以打开通向未知世界之门,每一门学科,都蕴藏着独特的诠释这个世界的方法论。我们学习的每一门学科,都是集人类文明之精华,更为重要的是,通过学习,也将让你我成为人类文明演进的一部分。


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