有趣三角形现象:旋转与分形几何的视觉探索

有趣三角形现象:旋转与分形几何的视觉探索
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2021-07-15 10:45
① 本范例演示了一个由旋转、平移和缩放等变换生成的三角形网络,呈现出类似分形的自相似图案,并伴随角度与直线关系的动态变化。② 核心数学概念包括三角形、角、切线函数、直线、一般四边形、平面图形以及分形几何中的自相似性,涉及旋转、平移、缩放等几何变换。③ 作图要点:从构造摘要可见,使用了Rotate(旋转)、Angle(角)、Ray(射线)、Point(点)、Segment(线段)、Circle(圆)、Intersect(交点)、Midpoint(中点)、Min(最小值)、Polygon(多边形)、CircleSector(圆扇形)、Semicircle(半圆)、Vector(向量)、Translate(平移)、Line(直线)、CircleArc(圆弧)、Dilate(缩放)等GeoGebra命令,并创建了多个点、线、圆、多边形及辅助对象(如A、B、C、D、E、F、α、β、γ、δ等)来构建复杂图形。④ 适合中学高年级至大学低年级学生,用于几何变换、分形几何入门、动态几何探究,也可作为数学艺术创作或教师演示素材,帮助理解变换组合如何产生复杂图案。

GeoGebra 命令及参数

  1. Rotate(A, (a * π / 180), B) → A'
  2. Angle(A, B, A') → α
  3. Ray(B, A') → g
  4. Point(g) → C
  5. Segment(A, C) → j
  6. Circle(B, j) → d
  7. Rotate(B, (-(π - α)), C) → B'
  8. Ray(C, B') → h
  9. Intersect(d, h, 1) → D
  10. Midpoint(A, D) → N
  11. Segment(A, B) → f
  12. Angle(B', C, B) → γ
  13. Segment(B, D) → i
  14. Angle(C, A, B) → β
  15. Angle(B, D, C) → δ
  16. Ray(C, B) → k
  17. Min({f, j, i, Distance[C, D]}) → b
  18. Circle(B, (0.25 * b)) → c
  19. Circle(A, (0.25 * b)) → e
  20. Polygon(A, C, D, B) → q1, a_1, c_1, d_1, b_1
  21. Segment(C, D) → m
  22. Intersect(c, f, 1) → E
  23. Rotate(E, If[0 < l ≤ 1, ((-l) * γ), (-γ)], B) → E'
  24. CircleSector(B, E', E) → p
  25. Semicircle(B, C) → q
  26. Midpoint(C, B) → F
  27. Rotate(B, If[2 < l ≤ 3, ((-(l - 2)) * π), (-π)], F) → B'_{1}
  28. Vector(B, B'_{1}) → u
  29. Translate(p, u) → p'
  30. Line(B, m) → n
  31. Rotate(p', If[2 < l ≤ 3, ((-(l - 2)) * γ), (-γ)], B'_{1}) → p''
  32. Circle(B, E) → r
  33. Intersect(r, k) → G, H
  34. CircleArc(B, H, E) → s
  35. Dilate(A, If[3 < l ≤ 4, 4 - l, 0], C) → A'_{1}
  36. Vector(A, A'_{1}) → v
  37. Segment(A, A'_{1}) → t
  38. Dilate(C, If[4 < l ≤ 5, 5 - l, 0], D) → C'
  39. Vector(C, C') → w
  40. Translate(A, w) → A'_{2}
  41. Translate(A'_{1}, w) → I
  42. Segment(A'_{2}, I) → t'
  43. Line(B, D) → f_1
  44. Line(C, f_1) → g_1
  45. Point(g_1) → J
  46. Angle(A, C, J) → ε
  47. Rotate(A'_{2}, If[4 < l ≤ 5, ((l - 4) * ε), ε], C') → K
  48. Rotate(I, If[4 < l ≤ 5, ((l - 4) * ε), ε], C') → I'
  49. Segment(K, I') → t''
  50. Intersect(e, Segment[A, C]) → L,
  51. Rotate(L, If[6 < l ≤ 7, ((l - 6) * β), β], A) → L'
  52. CircleSector(A, L, L') → e_1
  53. Dilate(A, If[8 < l ≤ 9, 9 - l, 0], N) → A'_{3}
  54. Vector(A, A'_{3}) → u_1
  55. Translate(e_1, u_1) → h_1
  56. Intersect(e, f, 1) → M
  57. Line(N, t'') → i_1
  58. Line(A, t'') → j_1
  59. Point(j_1) → O
  60. Angle(O, A, C) → ζ
  61. Rotate(h_1, If[9 < l ≤ 10, ((-(l - 9)) * ζ), (-ζ)], N) → k_1
  62. Dilate(N, If[10 < l ≤ 11, 11 - l, 0], D) → N'
  63. Vector(N, N') → v_1
  64. Translate(k_1, v_1) → p_1
  65. Rotate(E, (a / 2 * π / 180), B) → E'_{1}

AI 绘图提示语参考

绘制一个由旋转和平移构成的自相似分形图案:从一条水平线段AB开始,以B为旋转中心将A旋转一定角度得到新点,从该点作射线并在射线上取点C,连接AC。以B为圆心、AC为半径画圆,再以C为旋转中心将B旋转得到新点B',从C向B'作射线,与前述圆的交点为D。取A与D的中点N,连接AB、AC、BD、CD构成四边形。在AB上取一点E,以B和A为圆心、AB长度的四分之一为半径画圆。从E出发作扇形,并在BC上取中点F,以F为旋转中心进行变换。将图形沿特定向量平移,并过B、D作直线,在直线上取点J,连接A、C、J形成角度。最终对相关点进行多次旋转和平移,生成层层叠加的相似几何图形,形成复杂的分形网络。
以上提示语为根据原始绘图命令整理而来,仅供参考。