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[数学] 数学的惊艳之美(数里数外第四十四期) [复制链接]

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    [LV.1]初来乍到

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    泰瑞尔的永恒力量

    发表于 2016-11-22 13:50:11 |显示全部楼层
    数学的惊艳之美(数里数外第四十四期)

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    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。

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            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。

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    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。

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    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。

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    保罗·尼兰德尔(Paul Nylander)保存了一系列数学之美图片。

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    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。

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    汤姆·朗丁(Tom Longtin)是一名莫比乌斯带及其变形的粉丝。

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    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。

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    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。

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    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。

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    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.

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    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。

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    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。

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    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。

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    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。

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    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。

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


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