複雜性科學 - 複雜適應性系統碎形 思辨 部落格 信箱 阿特拉斯

Koch Curve
   瑞典數學家 Helge von Koch 於 1904 年介紹了他的曲線,由於這種曲線的片段很像雪花的結晶體,所以又叫做 Snowflake Curve。von Koch 一開始在數學界並不是有名氣的數學家,但是他所提出的曲線卻是典型的碎形中最常被研究與討論的,在這個過程中,數學家們發展出了一套繪製碎形的主要方法 -- Initiators and Generators,從這裡開始了碎形圖形的多樣性。你會看見許多類似於 Koch curve 的曲線,這些曲線都是由相互接合的線段所組成,它們的複雜性就像是大自然中的海岸線那般,在折疊中,還包含著更細膩的折疊。

  產生 Koch Curve 的方法如下:
  第零步驟:畫出一條線段(假設線段長度 L=1)
  第一步驟:將這條線段分成三等份,然後以中間的線段為底邊,製作一個三邊等長的三角
       形,然後拿掉這個正三角形的底邊(此時,L=(4/3)1
  第二步驟:將曲線中的每一個線段都重複第一步驟(此時,L=(4/3)2
  第三步驟:重複第二步驟(此時,L=(4/3)3
  接下來的步驟,即重複地疊代下去(此時,L=(4/3)n)………………
 




  在上面的 Java Applet 中,你可以以滑鼠點按畫面以顯示每一個步驟的結果。在第四步驟的圖形裡,你可以清楚的看見 Koch Curve 有四個相同的組成結構,但是再仔細觀察會發現,其實有十六個相同的小結構,而實際上第四步驟的 Koch Curve 是由有六十四個相同的小結構所組成的,當重複無限次的疊代步驟之後,你會發現任一個小結構放大之後都會與其他的結構相似,而且此時的 Koch Curve 是連續卻不可微分的(無法求其任一點的唯一切線),雖然圖形是限定在一個等腰三角形的狹幅區域之內,但是它的線段總長度卻是無限長。

  如果我們把三段 Koch Curve接合成一個正三角形,便會形成雪花的結晶體,,如下面左邊的 Java Applet 所示我們稱作 Koch Snowflake。如果我們顛倒曲線彎曲的方向,那麼所形成的圖形如下面右邊的 Java Applet 所示,我們稱作 Koch Antisnowflake。
 


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