开学准备:这些 GIF 让您的学生秒懂数学概念
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因为数老师呕心沥血为您准备了假期盛宴呢(如下表),
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觉得数学很难懂?今天数老师就来分享一组数学相关的动图,让您的学生秒懂抽象概念。
从椭圆的一个焦点射出的光线总会通过另一个焦点。
如何利用 2 点画椭圆。2 个点就是椭圆的焦点。
圆的面积。
如何理解圆的面积和派的关系。
派和圆周长的关系。
用阿基米德的穷举法计算派的大小。
勾股定理演示。直角三角形的两条直角边的平方和(两个小正方形的面积),加起来正好等于斜边的平方(大的面积)。
另一种勾股定理的理解。
为什么多边形外角和为 360 度。
余弦定理,它涵盖了勾股定理。
找到 120 以内的质数。
将一个正三角形剪拼成正方形。
将两个正方形剪拼成一个大正方形。
将一个四边形剪拼成一个长方形。
弧长等于半径的弧所对应的圆心角是1弧度。
尺规作图“正五边形”。
直与弯
一根直杆为什么能从弯曲的洞中穿过?
想想这其实并不奇怪。这根杆是斜着的,杆中间的点离旋转轴最近,因此对应洞上的点离旋转轴也最近;杆的两边离旋转轴较远,因此对应洞上的点离旋转轴也远。所以,这个洞不会是直线,只会是一条曲线。
那这是条什么曲线?感兴趣的读者可以自己动手算一算。答案是双曲线。
把这个曲线绕旋转轴旋转一周,形成一个曲面,叫做单叶双曲面。看看下图你就会发现,这根杆所在直线是这个曲面的一部分:
对于一个曲面,如果经过曲面上的每一点都有一根直线在曲面上,我们就称之为直纹曲面。圆柱面、圆锥面都是直纹曲面的例子。单叶双曲面也是如此,只不过它上面的直线不那么显而易见。单叶双曲面还有一个神奇的地方:通过它上面的每一个点,都有两条直线在曲面上。
这样的特点使得单叶双曲面在建筑当中也有特殊的应用,比如俗称“小蛮腰“的广州新电视塔。
录制者:Shadow(该模型实物位于西班牙瓦伦西亚科学博物馆)
无限雪花
“分形”这个词,大家可能见到过,它的特点是自相似。比如说,上图中的科赫曲线,它的局部放大之后和整体长得一模一样。
那这样的曲线是怎样画出来的呢?
我们先画一条线段,然后把它三等分,再将中间那一段换成两段同样长的线段,这样我们就有了四条线段。对这四条线段重复这一过程,每重复一次,称为一次迭代。无限地迭代下去之后,我们就得到了科赫曲线。当然,实际画图的时候,不可能真的无限迭代下去,常常只迭代有限多次,直到看不出区别了为止。
Matrix67在他的博客中展示了科赫曲线的绘制过程:
图片来源:functor.co
布朗树
这是“分形”的另一种类型——布朗树,生成这种分形的过程,叫做扩散限制聚集(Diffusion-limited aggregation,简称DLA)。
这一过程说起来也很简单:我们有很多粒子和一枚“种子”,粒子在空间中随机游走,但只要碰到种子就会聚集在它上面。种子上聚集的粒子越来越多,就会长成一棵有着错综复杂结构的“大树”。
我们可以在很多地方看到自然形成的布朗树构造,比如说在皮蛋上:
文章来源:综合自网络
微信编辑:李中华
监 制:朱哲
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