从随机到有序——一个简单的几何游戏

从随机到有序——一个简单的几何游戏

首页休闲益智几何的力量更新时间:2024-04-21

我们来玩一个简单的几何游戏:

P0随机选取,然后随机选择了顶点A2,得到P1

随机选择了顶点A3,得到P2

(今日头条 by)

猜一猜:最终将会得到一个什么样的图案?

每次都随机选取顶点,最后得到的会是一片杂乱无章的点吗?最终图案跟初始点的位置有关吗?

我们来尝试一下(编个程序很容易进行)。

迭代30次以后,我们有31个点。杂乱无章,没什么规律

迭代30次

迭代200次以后,我们有201个点。似乎有那么点意思了?

迭代200次

迭代3200次看看,3201个点。看出规律来了吗?

迭代3200次

迭代100000次,100001个点

迭代100000次

这个结果眼熟吗?

如果忽略一开始的几个孤立点,我们就得到了分形几何中大名鼎鼎的谢尔宾斯基三角形(Sierpinski triangle)。

如果换个初始点,比如,从正三角形的中心开始,结果会不一样吗?

迭代100000次后,我们得到

从正三角形的中心开始,迭代100000次

除了一开始的几个孤立点不同,我们仍然得到同样的谢尔宾斯基三角形!

通过不断地随机迭代,我们就从无序中得到井然有序的图案。

如果不是三角形,对于正方形、五边形、六边形,又会如何呢?

对于正方形,迭代100000次后,得到

正方形,迭代100000次

杂乱无章,一团浆糊。

对于正五边形,迭代1000000次后,得到

正五边形,迭代1000000次

从结果来看,似乎只有奇数边的多边形,可以形成类似谢尔宾斯基三角形的分形结构;而偶数边的多边形最终无法形成有序的图案。

对于三角形,迭代的时候如果不是取1:1的中点,比如取1:2、1:3或2:3的比例点,又会如何呢?

稍作尝试,结果如下:

2:3

5:4

1:2

选择不同的比例点,也可以形成类似谢尔宾斯基三角形的分形结构。

那为什么会形成这样的分形图案呢?

欢迎评论区讨论[思考]


最后留一个问题

对于正方形或其他偶数边的多边形,如果选择合适的比例点,能够形成类似的分形结构吗?

(今日头条 by )

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