雪花曲线中的科克数学问题( i )将正三角形(1)的每边三等分,并以中间的那一条线段为以底边向形外作等边三角形,然后去掉底边,得到图(2);( ii )将图( 2)的每边三等分,重复上述的作图方法,得到图(3);( iii )再按上述方法无限多次继续作下去,所得的曲线称为科克雪花曲线(koch snowflake )· · · · ·(1)(2)(3)(4)(5)设图( 1)中的等边三角形的边长为1,并分别将图(1)、(2)、(3)· · · 中的图形依次记作1M 、2M、3M 、· · · 。( 1)求nM中的边长nN ;( 2)求nM中每条边的长度nT ;( 3)求nM的周长nL ;( 4)求nM所围成的面积nS ;( 5)求周长和面积的极限。解:从科克雪花曲线的生成过程不难发现:( 1)因为每个圆形中的一条线段在后一个圆形中变成四条线段,所以nN 的递推公式为1143{nnNNN,2n,其通项公式为13 4nnN( 2)因为圆形中的每条线段长度在后一个圆形中变为原长的13,所以nT 的递推公式为11131,{(2)nnTTTn。其通项公式为113nnT。( 3)因为nnnLNT ,所以nL 的通项公式为1433nnL。( 4)为了便于表述,将图形(1)中的正三角形的面积记作1A 则134A。当由1nM生成nM时,在1nM的每一条边上多了一个面积为21nT A 的小等边三角形,这些小等边三角形的面积之和为211nnNT A ,其中1A 的面积为34。于是得到科克雪花曲线面积的递推公式:2111nnnnAANT A22221111nnnnnANTANT A· · ·2221122311nnAN TN TNTL. 把111113,1,,3 4,23nnnnNTTNn代入上式,经简化得2113444443999nnAAL21134441149993nAL1394114593nA123 3435209n容易验证:1233,43AA等。( 5)由周长nL 和面积nA 的表达式可知1433nnL。当 n 无限增大时,也随之无限增大。因为14lim09nn,所以1123 342 33 342 3limlim3lim520952095nnnnnnA注释 :科克雪花曲线图形与高中二年级的数列知识联系起来,不仅运用了数学数列的递推公式,还涉及到一定的递推思想,找到一定的规律并解出问题。此外,科克雪花曲线图形与新兴的分形几何有一定的联系,分形几何中最典型的例子就是“英吉利亚海岸线有多长?”的提出, 随之,分形几何这个名词诞生。根据分形几何的原理,用有足够精度的尺子去度量海岸线的长度,那么只要尺子的精度足够小,海岸线的周长就可以无限的长。也就是说, 海岸线的面积有上限,而它的周长却可以无限的长。这里,科克雪花曲线图形就是这样,将其边长无限...