數學之美~奇妙的「分型圖形」

分形圖形,由美籍法國數學家Mandelbrot在1975年首次提出,通常被定義為「一個粗糙或零碎的幾何形狀,可以分成數個部分,且每一部分都是整體縮小後的形狀」

,也就是說具有自相似的性質,自己的一部分長得很像自己。

在人類的探索中已經發現了不少有趣的分形曲線,例如下面著名的科赫曲線,也稱雪花曲線, 它的外形如同冰花的稜角一樣。

數學之美~奇妙的“分型圖形”

數學之美~奇妙的“分型圖形”

畫法很簡單。將一個正三角形的邊分成三等分,去中間段向外做三角形,同時擦掉中段,如此一直重複,直到無窮。它甚至能夠在有限的空間裡面創造出無限,也就是圍出有限的圖形空間後,卻擁有著無限條邊。

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勾股定理的不斷延伸,像不像個西蘭花?

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變幻莫測的萬花筒:

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數學樹

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解謎遊戲

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“鋼鐵直男”

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美麗的蒲公英

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每一個大的結構都可以分成幾個更小的相同的結構,並且這種分化可以無窮無盡,最終造就出一種琢磨不透的炫酷美感。

數學之美~奇妙的“分型圖形”

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下面這個叫做謝爾賓斯基三角形,起點也是一個小三角形,接著逐漸分裂、疊加,一生三、一再生三,一又生三,不斷重複、層層疊疊:

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這種疊加變化同樣可以無窮無盡,形成無盡的三角形,滋生蔓延直到極致。

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這是H分形,直線的分化角度橫平豎直,由一個字母H可以推導出千萬個H。

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維切克分形,由一塊正方形化為五個正方形,整個過程像是冰塊融成了雪花。

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更像雪花的是Hexaflake,六邊形自帶變身優勢。

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萊維C形曲線自帶電子風,由多條角度不同的直線演化出如同大腦的形狀。

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畢達哥拉斯樹,由正方向不斷分演成樹狀圖。

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多重分形合併到到一起可以形成一個合集,法國數學家加斯頓·朱利亞就以自己的名字,命名了下圖的「朱利亞集合」。

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它彷彿銀河一般,拉近鏡頭就會出現一個全新的世界。

數學之美~奇妙的“分型圖形”

類似的還有分形之父的「曼德勃羅集合」:

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黑色邊緣的光線其實是一組極為複雜的圖形,每次觀賞,都有種時空穿梭的感覺。

數學之美~奇妙的“分型圖形”

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到這些你不難理解,分形作為一種數學工具,卻被藝術家們捧成了寶貝,利用數學計算,他們可以很容易的設計出邏輯與藝術並存的華麗圖形。

數學之美~奇妙的“分型圖形”

相比單純的藝術創作,這些由計算而來的圖像看似散亂卻又符合數學的嚴謹,運行的一絲不苟。

數學之美~奇妙的“分型圖形”

感興趣的話可以瞭解一下這個用數學打造的魔幻世界。

用分形創造美圖簡直信手拈來,但是它的作用當然不只是用來繪製圖案,其實在地震學、印染行業、生活中的多頻率天線中都有分形的應用,尤其是電影中利用計算機制作地形、山脈畫面時,使用分形最為頻繁。

數學之美~奇妙的“分型圖形”

(利用分形制作的城市構圖)

一些循環的動圖還能夠起到緩解壓力的作用,往往一張有趣的分形圖案夠你觀察半天。

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盯著看久了,催眠效果是一定的。

數學之美~奇妙的“分型圖形”

這種特殊的數學之美令人沉迷,但事實上,它又並非完全來自人類的計算——其實大自然早已看穿一切。

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數學也可以是如此美輪美奐

希望大家都有一雙發現數學之美的眼睛


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