從「影流之主」中的分身技能,看百態數形結合

影流之主


從「影流之主」中的分身技能,看百態數形結合

相信玩過抖音、B站的小夥伴對這個充斥著魔性的舞蹈不陌生。由一人跳舞,分身出了三人同跳,這個剪輯堪稱“搞笑”與“智慧”的結晶啊,如果你願意,分多少都可以……

從「影流之主」中的分身技能,看百態數形結合


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這和數學有一毛錢關係嗎?

你喜歡長或短的

代數、幾何證明中有的長達數百頁,有的短如一行;有的高深莫測,有的淺顯易懂;有的長篇闊論,有的沒有隻字片語,只有圖形一個……

用圖形證明數學中的命題可以說是證明的“最高境界”,也更容易讓人理解,看後不禁會驚歎“數學原來是這樣的……”

熱身運動

相傳,蘇軾在鳳翔任職(秘書之類的官職)的時候,官不大,俗話說“秘書不帶長,放P也不響”,可事情不少。這不,一天來了哥四個,什麼事呢?原來他們的老父親去世了,留下了一塊菜地,要他們哥四個平分菜地。蘇軾聞聽,說:“那還不簡單,找人丈量分地即可啊。”

哥幾個紛紛搖頭,原來這個老父親臨死之前立下了遺囑:這四塊地不僅面積一樣大,而且形狀也得和原菜地的形狀一致,不然到了地府睡不安穩。他睡不安穩,就會隔三差五找這哥四個。

蘇軾聞聽,暗想,這不是“事爹”嘛~活脫脫的“蘇大強”(沒有洗白之前)。

我們先看菜地的形狀吧,見下圖。

從「影流之主」中的分身技能,看百態數形結合


菜地形狀

如下分:

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初看這個圖形,會感覺特別神奇,如果我們一直進行分下去,會更神奇。

假設原圖形面積為1,分四份後每份面積為1/4,再將一份分成四小份,每小份面積為:1/16……

以此類推,各取一份的面積和為:1/4+1/16+1/64+……=1/3

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從圖中很顯然看出來下面的等式:

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這與極限得到的結果不謀而合:

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這個等式還可以用直角梯形與等腰梯形加以說明:


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這些圖形只能說明底數是1/4的等比數列求和的極限,如果底數是1/3的呢?能否實現?按照上面的思路及極限角度考慮,我們知道:

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我們要想辦法構造出一個圖形可以分形成三個全等的圖形(且與原圖形相似),然後加起來是1/2,

含有30°角的直角三角形和矩形(長與寬的比滿足根號3:1)滿足要求。


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可是結果令我們失望,這兩個圖形都不能得到我們想要的結果。

分形圖形中有一個非常著名的圖形——謝爾賓斯基三角形。

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從圖中很容易得到上面的等式:

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另一個經典的分形圖形——維澤克雪花分形,可以證明底數是1/5的幾何級數求和。

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推而廣之,對於任意底數(大於0小於1)的幾何級數我們都可以用圖形來解釋,當然需要用到相似,


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還有一些分形圖形相關的命題,在很多初中生題目中遇到,比如下面的幾個圖形:

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1+3+5+7+……=n^2.

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1+2+3+……+n+(n-1)+……+3+2+1=n^2.

這麼精彩的證明怎麼能少得了斐波那契數列呢?

1、1、2、3、5、8、13、21、……

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從圖中很明顯看出:前n個數的平方和等於第n個數乘以第(n+1)個數

勾股定理中也可以有很奇妙的證明:

比如:若a、b、c、d均大於0,求證:

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通過構造矩形利用勾股定理及兩點之間線段最短即可得證。

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原來證明也可以如此簡單。

另外要說明的是:如果兩個分數的分子分母都為正數,則把分子、分母分別加在一起,新分數的大小一定介於兩分數之間,方法與上面的一樣,只需要將勾股定理改成直線的斜率(一次函數中的k)即可。

最炫酷、最漂亮的證明

網友評選出來的最炫酷最漂亮的圖形證明是:

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簡單說明一下:若第n行有n個小球,編號為1、2、3、……、n,

第一步從中取兩個小球,保證其中有一個是1號球,則有(n-1)種取法,

第二步從中取兩個小球,保證其中有一個是2號球,則有(n-2)種取法,(與第一步重複的不算);


依次類推,

第n-1步從中取兩個小球,保證其中有一個是n-1號球,則有1種取法,

這樣,我們就得到了上面的等式。



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