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雪花曲線和反雪花曲線

2009-08-17 15:28:01      下載試卷

 

 

  由等邊三角形開始,可以形成兩種有趣的系列曲線,如右圖。將等邊三角形的每一邊三等分,再取中間那一等分作較小的等邊三角形。然后在所形成的曲線的每一段直線上,同樣作三等分,繼續作更小的等邊三角形。以此類推,就可以形成一系列的雪花曲線。

  我們用非常類似的方法也可以作出反雪花曲線,只要在三等分的地方向內作等邊三角形即可。

  畫出這種曲線最簡單的方法是利用方格紙,并將一開始的等邊三角形每邊定為9個單位長。

  如果開始的三角形周長是L個單位,那么系列中第一條曲線及第二條曲線的周長分別是4/3L及(4/3)2L。請說明為什么。

  相對應的反雪花曲線的周長又是多少?

  這兩種系列的第十條曲線,周長各是多少?

  研究一下雪花曲線與反雪花曲線的面積各是多少,以開始的三角形面積A來表示。

分析與解答:

  雪花曲線是科克(von Koch)所發明的,他以此來證明一條曲線可以擁有無限的長度,但是卻只包圍有限的面積。

  雪花形以及反雪花形曲線,兩者由系列中的某條曲線改變到下條曲線時,它的周長會乘以4/3,因為每一段直線的中央1/3部分會被兩段新的直線所取代,而它們的長度為原線段的1/3。

  因此,互相對應的雪花形和反雪花形曲線的周長是一樣的。系列中第十條曲線的周長是(4/3)10L,而第n條曲線的周長為(4/3)nL。

  系列中前兩條雪花曲線包圍的面積分別是:

  其通式為:

  其中An表示第n條雪花曲線包圍的面積。

  前兩條反雪花形曲線包圍的面積分別是:

  其通式為:

  一個系列不斷繼續下去的極限觀念是本題的特點,也是學習數學的基礎。就是這些觀念經常會激發那些未來將成為數學家的孩子的想象力。

來源:網絡

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