查看原文
其他

数学的惊艳之美

似最初 数学与自然 2022-07-16

推荐阅读:“我懂你”,用古诗词的23种说法,真的太美了!

说到数学,可能想到的是无法理解的公式、还有永远也算不出来的X先生和α先生。但是很少会有人知道。其实数学也有非常柔美华丽的一面!


不规则几何元素Fractal,是由IBM研究室的数学家曼德布洛特提出。分形混沌之旋风,横扫数学、理化、生物、大气、海洋以至社会学科,在音乐、美术间也产生了一定的影响。分形所呈现的无穷玄机和美感引发人们去探索。即使您不懂得其中深奥的数学哲理,也会为之感动。


1

著名的分形


 

这是最著名的分形朱莉娅集(Julia set)的一个版本。分形这一概念是曼德布罗特(B.B.Mandelbort)最先提出来的。1967年他在《科学》杂志上发表了题为《英国的海岸线有多长?》的著名论文。他在这篇文章中把那些部分与整体以某种方式相似的形状称为分形(fractal)。朱莉娅集由法国数学家加斯顿·朱莉娅(Gaston Julia)和皮埃尔·费顿(Pierre Faton)在发展了复变函数迭代的基础理论后获得的。Julia 集是一个典型的分形。


2

分形的泡泡


理查德·泰勒(Richard Taylor)专门致力于发现这种分形。他在悉尼的一个池塘边拍到这张照片。这群泡泡有1.3个分形维数。


3

分形的花椰菜


约翰·奥斯特洛维克(John Ostrowick)提议大家去自然中寻找数学美的实例,他说罗马花椰菜就是这样的例子。这张图片是乔恩·苏利文(Jon Sullivan)拍摄的。


4

双螺旋线

保罗·尼兰德尔(Paul Nylander)保存了一系列数学之美图片。


5

太空中的螺旋形


螺旋图样经常见于自然界,也许其中最吸引人的莫过于螺旋星云。


6

莫比乌斯三叶形谜题


   

汤姆·朗丁(Tom Longtin)是一名莫比乌斯带及其变形的粉丝。


7

莫比乌斯蛋白质



高密度脂蛋白(HDL)的重要组成部分阿朴脂蛋白由一个最大尺寸为12.5纳米的螺旋结构扭结而成。华盛顿大学的麦克·迪卡(Mike Tyka)是一位蛋白质折叠专家,他保存着很多这类图片。


8

纽结理论



按数学家们的分类,三叶形是最简单的纽结。所谓纽结,就是三维空间中不与自己相交的封闭曲线,或者说是三维空间中与圆周同胚的图形。


纽结理论要上溯到19世纪。C·F·高斯在1833年研究电动力学时引进了闭曲线之间的环绕数,这是纽结理论的基本工具之一。1880年左右出现了最早的纽结表。1910年M·W·德恩引进纽结群的概念,1928年J·W·亚历山大引进了纽结多项式这个更易处理的不变量。


9

极小曲面(Minimal surface)


Richmond的极小曲面(作者Paul Nylander)


简而言之,极小曲面就是平均曲率为零的曲面。给定一条闭曲线,可以设想蒙在这条闭曲线上的所有曲面中,有一个面积最小者,这个具有最小面积的曲面正是极小曲面。平面是仅有的极小可展曲面。除平面外,旋转极小曲面都是悬链面,直纹极小曲面都是正螺面。




螺旋面(Gyroid)是典型的三重周期极小曲面,由Alan Schoen于1970年发现,它可近似定义为一个简单的等曲面方程cos(x)sin(y) + cos(y)sin(z) + cos(z)sin(x) = 0. 


10

超复数分形(hypercomplex fractals)


超复数类似于通常的二维复数,只不过它们扩充到三维空间甚至更高维空间。超复数分形就是n>=3维的分形,想必高维分形神奇得更令人惊叹吧。


这个超复数分形基于Daniel White富有创造性的三维超复数(三重)公式,通过在球坐标系内作两次连续旋转而成。生成的图像,如星云一般。



是一个三维的Julia集,根据Daniel White的四维超复数开平方。




彩色的四维Julia集,即四元数分形。


采用逆Julia集方法。Dominic Rochon 采用寻找二重复数的平方根公式帮助作者绘制该图,该公式有四个根,所以在每次迭代后,点总数增加了四倍。


11

分形



克莱因1/15双尖群分形。一个异彩纷呈的多元宇宙大花园。


克莱因1/15双尖群逆分形。



克莱因拟福克斯极限集(Kleinian Quasifuchsian Limit Set)。




围绕十二面体的三维树分形。树木繁盛的生态星球。



递归(7,3)庞加莱超双曲盘。圆盘内盛满更小的庞加莱双曲盘,盘内又有盘。小盘呈超双曲多边形,采用一种共形映射技术。



周围镶嵌神马图的曼德布罗集(Mandelbrot Set Tessellation)。周围镶嵌的图案呈扭曲状,因为它不是超双曲瓷砖。



黄金比螺旋轨道(Golden Ratio Spiral Orbit Trap )分形


最后,感谢保罗*尼兰德尔个人网站提供精美的图片,并对作者精湛的数学艺术感到惊叹和敬佩。

《完》

来源:好玩的数学

自然中的数学 ▏这些自然界中的几何图形,足够惊艳孩子了

2020新冠病毒手抄报素材大全!建议收藏

写给疫情肆虐中的高三考生

换位思考——你换的起吗?

2011—2019年新课标全国1卷理科数学高考分析及2020年高考预测(含Word)

视频回放:圆锥曲线中运算的优化研究

中考数学中的“最短路径”问题

1

 往期精选 


部分文章推荐阅读,点相应标题即可跳转阅读全文,更多优质文章,可关注《妙解之慧》后,查看历史消息。


1:讲题应如何讲?

2:《妙解之慧》优质学习资源汇总(建议收藏)

3:建议收藏:高中各科思维导图汇总

4:数学科普知识讲座:神奇的圆锥曲线(含PPT)

5:高考全国卷试题分析及2020年备考策略

6:都在谈错题本,但真正好的有几个

7:学会分析,总结,利用好考试的试卷

8:章建跃:理解数学理解学生理解教学(含PPT)

9:写给疫情肆虐中的高三考生

10:高考命题、答题、阅卷过程中的隐藏套路

11:初中三年的数学定理整理汇总

12:小学数学50道经典应用题解题思路+模板

13:孩子不爱说话,并不只是内向那么简单

14:数学复习中的24个问题,你或许需要

15:超全初中物理错题本整理,拿走不谢!

16:数学:听课感觉能听懂,为什么一做题就蒙圈?

17:学习方法:寒假学好数学三部曲

18:赏析数学中的美,太漂亮了

19:干货!中考化学86个考点大汇总(收藏学习)

20:中学数学讲评课基本规范(含PPT)

21:初中英语语法汇总 (系统详细)

22:从核心素养到学生智能的培养(含PPT)

23:初中化学全册思维导图集合!在家自学必备!

24:教育教学中的心理学智慧和心理学效应(含PPT)

25:“我懂你”,用古诗词的23种说法,真的太美了!

26:张景中院士写给小学数学教师们:感受小学数学思想的力

27:章建跃:理解数学理解学生理解教学(含PPT)

28:章建跃:注重数学的整体性,提升系统思维水平(含PPT)

29:从核心素养到学生智能的培养(含PPT)

30:数学教学——到底该教什么?

公众号里大约有1800篇优质文章,需要查看的朋友,可关注公众号,查看历史消息,今后持续更新。

目前设有初高中教师交流群,群里不定期公益分享一些优质的学习资源,不作任何利益,想要进群交流的朋友可,长按并识别下方二维码,添加微信,备注地区身份,通过验证后,回复需要进的群。

一点数学学习方法:

水有源题有根,茫茫题海寻根悟法方是岸,若将形形色色的试题分门别类,剖析其相似,相关性,同源性。探索一题多解,尝试一题多变,感悟多题共法,多做一些;基础和能力,运算和思维都好的秒题,再从解法探究,一般推广,类比延拓三个方面展开,深度研究,意在学会分析题意,转化问题,追根溯源,触类旁通,从静态的文本俩都想到动态的思维活动,把数学冰冷的美丽里,变成火热的思考,就能举一反三,跳出题海,精学一题,妙解一类,固化于型,内化于心,达到事半功倍,融会贯通,高效学习的目的!


写给学生:成功的路上没有捷径,需脚踏实地,一天进步一点,成在坚持,难再坚持,贵在坚持,自己不要放弃自己就行。

更多精彩内容,可长按并识别下方二维码,关注后查看历史消息。




                     

您可能也对以下帖子感兴趣

文章有问题?点此查看未经处理的缓存