谢尔宾斯基三角形
1915年波兰人提出的分形
谢尔宾斯基三角形(Sierpinski triangle)是一种分形,由波兰数学家瓦茨瓦夫·谢尔宾斯基在1915年提出。它是自相似集的例子。它的豪斯多夫维是log(3)/log(2) ≈ 1.585。
简介
先作一个等边三角形,挖去一个“中心三角形”(即以原三角形各边的中点为顶点的三角形),然后在剩下的小三角形中又挖去一个“中心三角形”,我们用黑色三角形代表挖去的面积,那么白三角形为剩下的面积(我们称白三角形为谢尔宾斯基三角形)。如果用上面的方法无限连续地作下去,则谢尔宾斯基三角形的面积越趋近于零,而它的周长越趋近于无限大。
构作方法
去掉中心
1.取一个实心的三角形。(多数使用等边三角形)
2.沿三边中点的连线,将它分成四个小三角形。
3.去掉中间的那一个小三角形。
4.对其余三个小三角形重复1。
取一个正方形或其他形状开始,用类似的方法构作,形状也会和谢尔宾斯基三角形相近。
Chaos Game
谢尔宾斯基三角形也可以通过随机的方法,即Chaos Game来构造:
1. 任意取平面上三点A, B, C,组成一个三角形。
2. 任意取三角形ABC内的一点作为起始点P。
3. 随机选择三角形的一个顶点,画出P和该顶点的中点,并将P移动到这个中点。
4. 重复步骤3。
L系统
谢尔宾斯基三角形还可以通过L系统来生成。L系统是一种用于模拟植物生长和分形结构的形式语言。谢尔宾斯基三角形的L系统可以描述为:
- 变数: A, B
- 常数: +, -
- 公理: A
- 规则:
- A → B-A-B
- B → A+B+A
- A, B:向前
- -:左转60°
- +:右转60°
通过这种方式,可以逐步逼近谢尔宾斯基三角形的形状。
其他
先作一个等边三角形,挖去一个“中心三角形”(即以原三角形各边的中点为顶点的三角形),然后在剩下的小三角形中又挖去一个“中心三角形”,我们用黑色三角形代表挖去的面积,那么白三角形为剩下的面积(我们称白三角形为谢尔宾斯基三角形)。如果用上面的方法无限连续地作下去,则谢尔宾斯基三角形的面积越趋近于零,而它的周长越趋近于无限大。
若设操作次数为n(每挖去一次中心三角形算一次操作),则剩余三角形面积公式为:4的n次方分之3的n次方。
将边长为1的等边三角形区域,均分成四个小等边三角形,去掉中间一个,然后再对每个小等边三角形进行相同的操作得,这样的操作不断继续下去直到无穷,最终所得的极限图形称为谢尔宾斯基垫片。谢尔宾斯基垫片的极限图形的面积趋于零,而小图形的数目趋于无穷,作为小图形的边的线段数目趋于无穷,实际上是一个线集。操作n次后边长r=(1/2)n,三角形个数N(r)=3 n,根据公式N(r)=1/rD,3n=2Dr,D=ln3/ln2=1.585。所以谢尔宾斯基垫片是1.585。它比普通的一维直线占据了更多空间,但还是没有二维正方形占据的那么多,可以用等比数列的知识求出他的面积是0。
参考资料
目录
概述
简介
构作方法
其他
参考资料