自然界的眾多形狀都是如此的不規(guī)則和支離破碎。對這些形狀的認識,歐幾里得并未能給后人留下更多的啟示,傳統(tǒng)的歐氏幾何在它們面前顯得那樣的蒼白無力、對大自然的這種挑戰(zhàn),二千年來,激勵著一代又一代的數學家上下求索,探尋從歐氏幾何體系中解放出來的道路。終于在1975年,芒德勃羅發(fā)表了被視為分形幾何創(chuàng)立標志的專著《分形:形、機遇和維數》。從此,一門嶄新的數學分支——分形幾何學躋身于現代數學之林。
經過近二、三十年的開拓和發(fā)展,分形研究現已深入到各個科學技術領域,在哲學、數學、物理學、材料科學、計算機科學、地學、醫(yī)學等眾多領域,甚至在電影、美術和書法等藝術領域都得到了廣泛的應用,對現代科學產生了至為深遠的影響,所以美國著名物理學家惠勒說:“可以相信,明天誰不熟悉分形,誰就不能被認為是科學上的文化人!”
一般是分數(也可以是整數)。顯見,分形幾何給學生帶來的是一種全新的幾何觀念.讓他們學習分形幾何初步知識,幫助他們實現從歐氏幾何領域向分形幾何領域的認知的初步跨越。由于分形是一類無特征尺度的幾何形體,所以無法用通常的度量:長度或重量或體積等參數去刻劃其特征,而只能用分數維作為其復雜程度的定量表征,這是和學生已形成的傳統(tǒng)維數觀念相悖的:在歐氏幾何里,點是0維的,線段是1維的,正方形是2維的,正方體是3維的;而分形的維數卻一般是分數:三分康托爾集、三元科赫曲線、門杰海綿的維數分別是0.6309、1.2618、2.7268.這種維數是新穎的,將對學生固有的維數觀念產生強勁的沖擊。分形幾何學可以用于表述大自然創(chuàng)造的復雜的真實物體,例如下面的例子。
(1)一些經典分形圖:康托爾三分集、科赫雪花曲線、謝爾賓斯基墊片、“有皮沒有肉”的門杰海綿、惡魔的階梯等;
(2)科赫雪花曲線的字符串替換算法作圖;
(3)特征長度,分形的自相似性的認識;
(4)海岸線的測量問題,海岸線與科赫曲線的本質聯系;
(5)皮亞諾曲線與分數維的初步知識;
(6)“病態(tài)”怪物畫廊。
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