无限的分割和涂色
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平面几何
无穷
分形
面积
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高中数学 -- 2022年12月23日

摘要
无限的分割正方形并将一部分着色, 求着色部分面积.
谢尔宾斯基三角形(Sierpinski triangle)是一种分形,由波兰数学家谢尔宾斯基在1915年提出。它是自相似集的例子(自相似是近乎或确实和它的一部分相似).
分形,是几何学术语,通常被定义为“一个粗糙或零碎的几何形状,可以分成数个部分,且每一部分都(至少近似地)是整体缩小后的形状”.
我们来看这样一个问题.
有一个大三角形,联结三角形各边的中点得到一个小三角形,再联结这个小三角形各边的中点又得到一个更小的三角形,如此无限继续下去.问黄色阴影部分占整个大三角形的面积是多少?
此图可以看成是如下图所示的一系列图形叠加,中间白色区域由下一个同系列的图形填充,如此无限继续下去.
将上图分解成若干个全等的三角形,则有12个黄色三角形,3个蓝色三角形,总共有15个小三角形,因此黄色部分所占比例为, 即
.
将这一系列图形叠加起来,黄色阴影部分占整个大三角形的面积仍是.
今日挑战题,你能看出与本题设计的异曲同工之处吗?尝试用本题的方法来解决问题吧.
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题目
如图, 一个正方形被均分成四份, 将左上角四分之一份涂色, 再对右下角四分之一份进行上述操作, 即分割涂色, 如此不断下去, 求着色部分面积是整个正方形面积的 __________.

选项
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让我们换个角度来思考这个问题, 以倒置的L形“层”来“构建”原来的正方形. 每一个L形层都由一个着色的正方形和两个相同大小未着色的正方形组成, 且每一层边长为上一层边长的一半.
进一步, 每层都有一个彩色正方形和两个相同大小的无色正方形, 因此每层
都是着色的. 由于所有L形层拼成了一个完整的正方形. 因此着色部分占比为正方形的
.