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重复进行下,则线段长度无限增加。
雪花的面积最终是多少呢?设原三角形面积为1,最后的雪花面积为1.6。
面积是有限值,而长度无限增加!
通常的线段长度都是有限的,而Koch构造的线段长度无限,按照前面定义的一维(长度)、二维(面积)、三维(体积),Koch的线段并不满足通常的维数定义。
虽然是线段,不可能是二维,但长度无限,也不是一维情况。
为了能够使用维数来定义对象,我们取消维数是整数的要求。
那么Koch线段的维数就处于一维和二维之间的某个数值!
标度对称中的增加系数,就是构成过程进行一次线段长度增加的比例43。
观察人体的肺泡,前面曾介绍,为了充分进行气体交换,人体的肺泡数量多而体积小,在总体积不变的情况下,肺泡面积大幅度增加。
如图为肺泡示意图。
可以看到,和树木的情况类似,气管是树干,支气管是树枝,支气管下分的小管道是小枝,肺泡是树叶。
如果这个过程持续分散下去,最终肺泡面积会达到无限,但实际的生物世界总是存在限制,但从思考的角度可以认为肺泡也是一类型的标度对称。
其特征是体积有限,但面积无限!
因此人体肺组织的维数就是介于二维和三维之间。
标度对称中的增加系数,就是肺泡每级分割空间所增加的面积比例。
现在我们命名这些维数居然不是整数的对象,称为分形对象。
可发现,这些对象仅仅是满足标度对称的特定分类。
标度对称的增加系数则依赖构造过程中的表征增加比例,比如长度增加比例。
思考:
1.在现有世界中,我们可以观察的静态对象最大维数为3。
当维数不限定为整数后,可观察大量维数0~3之间的对象。
那么是否存在维数大于3的对象?膨胀的宇宙算否?
2.Koch线段的标度对称增加系数为43,维数介于1和2之间,能否使用43来描述其维数?回忆我们对维数的定义,这样的增加系数是否满足重的要求?对于肺泡这样的对象,如何使用增加系数来定义维数?以汽车的尾气净化装置中的铂颗粒的分形过程为例,尝试给出维数数值。
3.如右图构造,对线段取三等分,去掉中间的一段。
重复构造下去,则线段的长度为0!
此时线段的维数小于1。
线段最后变成无数个离散的点,线段已经无法维持,成为点集。
以德国人Cantor的名字命名。
4.如右图构造,在立方体的某个面上,九等分为九个正方形,挖掉中心正方形对应的立方体,对其他五个面也同样进行挖掉中心立方体。
也就是对立方体二十七等分,挖掉各面六个,最后将立方体中心的小立方体(颜色涂黑的部分)也挖掉。
以上操作完成一次构造。
反复进行同样构造,最后立方体的体积为0,面积无限,变成一块海绵,以波兰人Sierpinski的名字命名。
尝试给出维数。
观察面筋、冻豆腐、雪魔芋。
5.皮蛋,又称松花蛋,在蛋白表面存在若干花纹,类似松花。
形成的原因称为粘性指进(viscousfingering),因流体粘度不同,粘度小的流体渗透进粘度大的流体时产生的随机分叉状况。
(皮蛋的蛋白液变性,失去生物活性,成为凝固状蛋白,通常称这种现象为中毒。
早期皮蛋的外包药剂中含有铅的氧化物,俗称密陀僧。
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