雪花周长和地球直径哪个大?

作者: 永乐老师

来源: 公众号:李永乐老师

发布日期: 2019-10-06 11:17:20

本文探讨了雪花周长与地球直径的比较,揭示了分形几何的数学原理,并通过科赫雪花的例子说明了分形结构的无限周长特性。

一片雪花的周长和地球的直径哪个更长?这看似是一个显而易见的问题。但是,它其实蕴含了一个深刻的数学原理——分形几何。

1967年,美国数学家曼德布罗在美国权威期刊《科学》上发表了一篇论文,题目是《英国的海岸线有多长》。很多年以前,人们就发现了一个奇怪的现象:不同国家的测量机构对英国的海岸线测量数值相差很大,有人提出:这是因为在测量过程中“尺子”的大小不同造成的。曼德布罗重新研究了这个问题,得出了一个惊人的结论:英国海岸线的长度可以是无限的。

1904年,瑞典数学家科赫提出了一种图形:将一个正三角形的每条边平分为三份,再以每条边中间的一份为边,向外做正三角形,这个过程称为一次迭代。经过一次迭代,正三角形变为了12条边。我们再将每条边平分成三份,向外做更小的正三角形,称为二次迭代。然后不停地重复这个过程,直到无限次迭代,就形成了科赫雪花。

科赫雪花的周长有多大呢?设最开始的三角形边长为1,经过一次迭代,每条边的边长都变为了原来的4/3,所以周长会变为原来的4/3。经过N次迭代,边长就变为当迭代次数无穷多,N无限大时,科赫雪花的周长就会变为无穷大——这是因为它的边非常的崎岖。相比来讲,地球虽然看起来比雪花大很多,但是它的直径却是一个有限值——大约12800km。雪花的周长比地球直径还要大。

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