由等边三角形开始,可以形成两种有趣的系列曲线,如右图。将等边三角形的每一边三等分,再取中间那一等分作较小的等边三角形。然后在所形成的曲线的每一段直线上,同样作三等分,继续作更小的等边三角形。以此类推,就可以形成一系列的雪花曲线。
我们用非常类似的方法也可以作出反雪花曲线,只要在三等分的地方向内作等边三角形即可。
画出这种曲线最简单的方法是利用方格纸,并将一开始的等边三角形每边定为9个单位长。
如果开始的三角形周长是L个单位,那么系列中第一条曲线及第二条曲线的周长分别是4/3L及(4/3)2L。请说明为什么。
相对应的反雪花曲线的周长又是多少? 这两种系列的第十条曲线,周长各是多少? 研究一下雪花曲线与反雪花曲线的面积各是多少,以开始的三角形面积A来表示。
分析与解答:
雪花曲线是科克(von Koch)所发明的,他以此来证明一条曲线可以拥有无限的长度,但是却只包围有限的面积。
雪花形以及反雪花形曲线,两者由系列中的某条曲线改变到下条曲线时,它的周长会乘以4/3,因为每一段直线的中央1/3部分会被两段新的直线所取代,而它们的长度为原线段的1/3。
因此,互相对应的雪花形和反雪花形曲线的周长是一样的。系列中第十条曲线的周长是(4/3)10L,而第n条曲线的周长为(4/3)nL。
系列中前两条雪花曲线包围的面积分别是: 其通式为:
其中An表示第n条雪花曲线包围的面积。
前两条反雪花形曲线包围的面积分别是: 其通式为: 一个系列不断继续下去的极限观念是本题的特点,也是学习数学的基础。就是这些观念经常会激发那些未来将成为数学家的孩子的想象力。