147.科赫雪花
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※147.科赫雪花
科赫(Niels Fabian Helge von Koch,1870—1924)
1904年
科赫雪花的拼贴图案。数学艺术家法绍尔(Robert Fathauer)使用大小不一的科赫雪花才完成这个图案。
魏尔斯特拉斯函数(1872年),皮亚诺曲线(1890年),郝斯多夫维度(1918年),门格海绵(1926年),海岸线悖论(约1950年)及分形(1975年)
学生们在课堂上学习分形时,科赫雪花通常是他们接触到的第一个例子,这个例子也是数学史上最早被发现的几种分形物体之一。这个变化多端的图形源自瑞典数学家科赫在1904年所完成的《论基本几何所建构之无切点连续曲线》论文中。另一个类似的图形叫做科赫曲线,画出两种图案的步骤一模一样,差别只在于科赫曲线是以线段做为起点,而科赫雪花是用等边三角形。
只要用递归的方式折弯一条线段,看着它在过程中不断产生新的边界线,就能画出充满皱折的科赫曲线。想象把一条线段区分成三等分,接着把中间那一段替换成两条长度与原本线段三等分后等长的线段;这时,原本的线段会变成一个由四条等长线段所构成的“V”字楔形外观(亦即“折出”等边三角形的其中两边),再针对这四条线段重复上述的步骤。
如果原本线段的长度为1英寸,则上述步骤重复n次后所产生的科赫曲线长度会是(4/3)英寸;如果重复上述步骤好几百次以后,将产生一条比可以观测到的宇宙直径更长的科赫曲线。说到底,科赫曲线“最终”的长度会是无限大,并覆盖住二维空间的一部分,因此,其分分形维度大约是1.26。同理,虽然科赫雪花的边界会变成无限长,但是其覆盖面积却是有限的(2√3 s2)/5,其中s表示原等边三角形的边长和。用更简单的说法表示的话,科赫雪花的面积是原本等边三角形的8/5倍。注意:一个函数在折点没有(确定的)切线,意即不可微分(没有唯一导数)。换句话说,科赫雪花虽然是一条连续曲线,但是曲线上却没有任何一点可以微分(因为科赫雪花到处都是尖折点)。 数学之书:数学史上250个里程碑式的发现