科赫雪花Koch snowflake
把三角形的每条边一次次折出尖角:周长无限增长,面积却始终有限。
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公式与关键数值
- 构造规则
把每条边的中间三分之一换成一个向外的正三角形的两条边。
- 周长图中 ≈ 9.481
- 面积图中 ≈ 0.6827
- 分形维数
s 是初始三角形的边长(图中 s = 1),n 是迭代次数。
01 · 定义
什么是科赫雪花?
从一个正三角形开始。把每条边三等分,在中间一段上向外立起一个小正三角形;对每条新边重复这一步,一直做下去。Helge von Koch 在 1904 年描述了这条边界曲线,作为"处处连续、处处没有切线"的例子。
每一轮边数乘 4、边长除以 3,所以周长每次乘以 4/3,没有上限。面积却只是加上越来越小的三角形,收敛到原三角形的 8/5。有限的面积被无限长的边界围住,这就是雪花要讲的事。
02 · 性质
关键性质
- n 次迭代后周长为 3s(4/3)ⁿ,无限增长。
- n 次迭代后面积为 (√3/4)s²(8/5 − (3/5)(4/9)ⁿ),收敛到 2√3s²/5。
- 分形维数 log 4 / log 3 ≈ 1.2619。
- 每次迭代边数乘 4:n 次后共 3·4ⁿ 条边。
- 极限曲线处处连续,却在任何一点都没有切线。
03 · 问答
关于科赫雪花的常见问题
- 科赫雪花是怎么构造的?
- 构造规则:把每条边的中间三分之一换成一个向外的正三角形的两条边。。s 是初始三角形的边长(图中 s = 1),n 是迭代次数。
- 科赫雪花的周长是多少?
- 周长:P_n = 3s(4/3)^n。s 是初始三角形的边长(图中 s = 1),n 是迭代次数。
- 科赫雪花的面积是多少?
- 面积:A_n = (√3/4)s^2(8/5 - (3/5)(4/9)^n)。s 是初始三角形的边长(图中 s = 1),n 是迭代次数。
04 · 继续探索