幾何畫板如何通過迭代法繪圖


數學是一門博大精深的學科,中學時代接觸的數學還算比較簡單,學生們按照課本上的講解還能夠理解,但是高中數學包含了很多復雜理論,很多都是沒法呈現給學生們看的,比如教材中許多問題涉及的圖形,與操作的次數有關,但學生只能從書本上看到靜態圖形,憑借想象力也無法理解。這時如若借助幾何畫板,利用它強大的迭代功能,則可展示圖形的動態效果,這將使學生的理解更容易。下面就讓小編來手把手教您用幾何畫板迭代作精美圖形。

一、構造根號n

幾何畫板是當下比較受歡迎的繪圖軟件,功能強大且操作簡單。

假設有線段AB=1,怎樣迭代出表現長度為 根號n公式的線段效果呢?具體的操作步驟如下:

1.構造點A,“變換”--“平移”,在彈出的對話框設置平移距離為1厘米,角度為0°,得到點C;構造射線AC。在射線AC上繪制動點B,構造線段AB,隱藏點C和射線AC;度量線段AB的長,得到度量值。

2.在B附近構造點D,構造線段AD。過點D構造線段AD的垂線。選定點D和線段AB的長度度量值,“構造”--“以圓心和半徑繪圓”,得到圓與垂線的交點E,構造線段AE和DE。選定線段AE,構造中點F。

3.新建參數k,數值3,單位無。新建參數n,數值1,單位無。建立計算“n+1”。使用文本工具,在空白處輸入文本“ 根號n+1公式”:使用“符號表示法”輸入根號格式,在“?”處,點擊“n+1”計算值,引入了動態的計算值,顯示為“公式根號2”。

4.選定“根號n+1公式”和點F,按住shift鍵,點擊“編輯”--“合並文本到點”。隱藏點 F、圓和垂線,依次選定點 D(原象)、參數 n(原象)和參數 k(迭代深度),按住shift鍵,“變換”--“深度迭代”。依次點擊點E、n+1,在“結構”中取消生成數據表,最后點擊“迭代”按鈕。

5.選定點D和點B,“編輯”--“合並點”,點D消失,只有點B了。改變參數k的大小,可以改變迭代的次數;水平方向改變點B的位置,可以改變圖形的大小。

二、制作分形樹

迭代是分形的基礎,利用幾何畫板的深度迭代功能可以畫出許多美妙的分形圖形。比如可以用幾何畫板制作分形樹,制作步驟如下:

1.在垂直方向上畫線段AB,選中線段AB,執行“構造”-“中點”命令,構造線段AB中點C。

2.雙擊B點,以B為旋轉中心將點C旋轉120度得E點,旋轉-120度得D點。構造線段BD、BE。

3.新建參數n=3,依次選點A、B和參數n,按住Shift鍵在“變換”菜單下選擇“深度迭代”命令,在彈出的迭代對話框將A映射到B,B映射到E,選擇結構下的“添加新的映射”,繼續將A映射到B,B映射到D就可以了。

4.改變參數n的數值,就可以觀看分形樹的生長。例如下圖中,改變參數n值為10,得到的分形樹。

三、繪制畢達哥拉斯樹

幾何畫板作為強大的繪圖工具,我們可以用它繪制出畢達哥拉斯樹,具體的制作過程如下:

步驟一 新建一個幾何畫板文件,繪制出線段AB。雙擊點A,把點A標記為旋轉中心。選中點B,選擇“變換”-“旋轉”命令,將點B旋轉90度,得到點B’。雙擊點B’,把點B’標記為旋轉中心。選中點A,選擇“變換”-“旋轉”命令,將點A旋轉-90度,得到點A’。繪制出線段AB’、B’A’。

步驟二 選中線段B’A’,選擇“構造”-“中點”命令,繪制出B’A’的中點C。依次選中點C和點A’,選擇“構造”-“以圓心和圓周上點繪圓”命令,繪制圓C。

步驟三 選中點A’、B’和圓C,選擇“構造”-“圓上的弧”命令。保持弧的選中狀態,選擇“構造”-“弧上的點”命令,任意繪制出點D。

步驟四 將圓C、點C、半圓弧以及線段A’B’隱藏,將線段BA’的線型設置為粗線。構造線段B’D並選中,選擇“度量”-“距離”命令,度量出線段B’D的長度。選中點A、B、A’、B’,選擇“構造”-“四邊形內部”命令,填充四邊形ABA’B’。選中四邊形ABA’B’的內部以及線段BD’的長度,選擇“顯示”-“顏色”-“參數”命令,在彈出的對話框采用默認設置,點擊確定即可。

步驟五 選中點D,選擇“編輯”-“操作類按鈕”-“動畫”命令,彈出的對話框方向欄要選擇“向前”,然后點擊確定。

步驟六 選中點A、B,選擇“變換”-“迭代”命令。依次點擊B’、D點。再選擇“結構”-“添加新的映射”命令后,再依次點擊點D、A’。可以在“顯示”中增加或減少迭代。點擊“迭代”按鈕即可。這樣畢達哥拉斯樹就繪制完成了。當我們點擊“運動點”的按鈕時,隨着點的運動,圖案就會發生變化。

四、作謝爾賓斯基三角形

謝爾賓斯基三角形是最經典的分形圖形之一,利用幾何畫板中的“迭代”命令,我們可以繪制出謝爾賓斯基三角形,具體操作方法如下:

1.新建一個幾何畫板文件。繪制出線段AB。

2.構造等邊三角形ABC。雙擊點A,A標記為旋轉中心。選中線段AB以及點B,選擇“變換”-“旋轉”命令,旋轉角度設置為60度。點擊“旋轉”按鈕即可。將點B’的標簽更改為C。繪制線段BC。

3.選中線段AB、AC、BC,選擇“構造”-“中點”命令,繪制出三者的中點D、E、F。繪制出線段DE、EF、DF。

4.選中點A、B,選擇“變換”-“迭代”命令。依次點擊A、D。然后選擇“結構”中的“添加新的映射”命令,再點擊點D、B。再選擇“結構”中的“添加新的映射”命令,再點擊點E、F。如下圖所示。選擇“顯示”中的“增加迭代”命令,點擊“迭代”按鈕即可。

5.最終效果如下圖所示,選擇“文件”-“保存”命令即可。

以上就是用幾何畫板迭代構造的幾個精美圖形,其實迭代功能非常強大,還可以構造很多數學幾何圖形,展現數學之美。

 


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