从「影流之主」中的分身技能,看百态数形结合

影流之主


从「影流之主」中的分身技能,看百态数形结合

相信玩过抖音、B站的小伙伴对这个充斥着魔性的舞蹈不陌生。由一人跳舞,分身出了三人同跳,这个剪辑堪称“搞笑”与“智慧”的结晶啊,如果你愿意,分多少都可以……

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这和数学有一毛钱关系吗?

你喜欢长或短的

代数、几何证明中有的长达数百页,有的短如一行;有的高深莫测,有的浅显易懂;有的长篇阔论,有的没有只字片语,只有图形一个……

用图形证明数学中的命题可以说是证明的“最高境界”,也更容易让人理解,看后不禁会惊叹“数学原来是这样的……”

热身运动

相传,苏轼在凤翔任职(秘书之类的官职)的时候,官不大,俗话说“秘书不带长,放P也不响”,可事情不少。这不,一天来了哥四个,什么事呢?原来他们的老父亲去世了,留下了一块菜地,要他们哥四个平分菜地。苏轼闻听,说:“那还不简单,找人丈量分地即可啊。”

哥几个纷纷摇头,原来这个老父亲临死之前立下了遗嘱:这四块地不仅面积一样大,而且形状也得和原菜地的形状一致,不然到了地府睡不安稳。他睡不安稳,就会隔三差五找这哥四个。

苏轼闻听,暗想,这不是“事爹”嘛~活脱脱的“苏大强”(没有洗白之前)。

我们先看菜地的形状吧,见下图。

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菜地形状

如下分:

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初看这个图形,会感觉特别神奇,如果我们一直进行分下去,会更神奇。

假设原图形面积为1,分四份后每份面积为1/4,再将一份分成四小份,每小份面积为:1/16……

以此类推,各取一份的面积和为:1/4+1/16+1/64+……=1/3

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从图中很显然看出来下面的等式:

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这与极限得到的结果不谋而合:

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这个等式还可以用直角梯形与等腰梯形加以说明:


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这些图形只能说明底数是1/4的等比数列求和的极限,如果底数是1/3的呢?能否实现?按照上面的思路及极限角度考虑,我们知道:

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我们要想办法构造出一个图形可以分形成三个全等的图形(且与原图形相似),然后加起来是1/2,

含有30°角的直角三角形和矩形(长与宽的比满足根号3:1)满足要求。


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可是结果令我们失望,这两个图形都不能得到我们想要的结果。

分形图形中有一个非常著名的图形——谢尔宾斯基三角形。

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从图中很容易得到上面的等式:

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另一个经典的分形图形——维泽克雪花分形,可以证明底数是1/5的几何级数求和。

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推而广之,对于任意底数(大于0小于1)的几何级数我们都可以用图形来解释,当然需要用到相似,


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还有一些分形图形相关的命题,在很多初中生题目中遇到,比如下面的几个图形:

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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.

这么精彩的证明怎么能少得了斐波那契数列呢?

1、1、2、3、5、8、13、21、……

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从图中很明显看出:前n个数的平方和等于第n个数乘以第(n+1)个数

勾股定理中也可以有很奇妙的证明:

比如:若a、b、c、d均大于0,求证:

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通过构造矩形利用勾股定理及两点之间线段最短即可得证。

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原来证明也可以如此简单。

另外要说明的是:如果两个分数的分子分母都为正数,则把分子、分母分别加在一起,新分数的大小一定介于两分数之间,方法与上面的一样,只需要将勾股定理改成直线的斜率(一次函数中的k)即可。

最炫酷、最漂亮的证明

网友评选出来的最炫酷最漂亮的图形证明是:

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简单说明一下:若第n行有n个小球,编号为1、2、3、……、n,

第一步从中取两个小球,保证其中有一个是1号球,则有(n-1)种取法,

第二步从中取两个小球,保证其中有一个是2号球,则有(n-2)种取法,(与第一步重复的不算);


依次类推,

第n-1步从中取两个小球,保证其中有一个是n-1号球,则有1种取法,

这样,我们就得到了上面的等式。



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