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迭代功能|金狐画板高阶绘图技巧

Admin2个月前 (07-19)经验教程681

如果说金狐画板是一把精密的刻刀,那么 “迭代” 就是赋予它生命的魔法。无需一笔一划手动勾勒,只需设定一条简单变换规则,画板便会自动循环推演、层层衍生。寥寥几笔基础线条,就能演化出惊艳复杂的分形图案,迭代让我们亲眼见证 “一生二,二生三,三生万物” 的几何奇迹。

什么是迭代?

简单讲,迭代就是“重复执行某个变换操作”。举个例子:在线段上持续取中点,再以新中点作为基准重复操作,不断循环后,就能生成富有规律的精美图案。

金狐画板的迭代能做什么?

自由点迭代:点的位置动态变化,自动生成轨迹。

数值迭代:数值不断代入计算,逐步逼近结果。

混合迭代:点值联动,实现高阶图形变换。

深度迭代:绑定变量,动态调整迭代次数。

随机迭代:每次执行结果均不同,充满未知。

条件停止:达到预设条件时,自动终止迭代。

五个典型示例

一、单映射迭代——正五边形

1. 在绘图区绘制自由点O并双击标记为中心,再绘制自由点A(原象) ,选定点A执行“变换”子菜单“旋转”命令,将点A绕中心点O旋转72°得到点B,选定点A和点B,执行“构造”子菜单“连接”或按快捷键Ctrl+L得线段AB,如图:

2. 选定点A(原象),然后执行“变换”子菜单“迭代”弹出“迭代”对话框,如图:

3. 鼠标点击绘图区的点B(映像),将迭代深度(次数)设置为4,如图:

4. 点击“确定”后显示迭代结果,得到正五边形,如图:

特别提示:如果需要修改迭代参数,只要选中迭代象后点击鼠标右键,再点击“编辑迭代”即可再次打开“迭代”对话框,可以根据需要修改相关迭代参数。

二、多映射迭代——谢尔宾斯基三角形

1. 执行“数值”子菜单“变量”命令弹出“变量”对话框,“名称”修改为n(迭代次数),“精确度”修改为“单位”,其他可以使用默认值,点击“确定”后创建变量n,如图:

2. 构造三个自由点A、B、C并选定后执行“构造”子菜单“连接”或按快捷键Ctrl+L得三角形ABC,选定三边执行“构造”子菜单“比例点”或按快捷键Ctrl+M构造三边中点E、F、G,选定E、F、G三点然后执行“构造”子菜单“连接”或按快捷键Ctrl+L,得到基本图形,如图:

3. 选定点A、B、C(原象)然后执行“变换”子菜单“迭代”弹出“迭代”对话框,将“显示点”右侧的复选框取消勾选,删除“迭代深度”右侧文本框的数值然后点击绘图区的变量n,即迭代深度引用变量n,如图:

4. 鼠标点击一下“映像”最上面的粉色背景文本框,然后依次点击绘图区的点E、B、F,结果如图:

5. 点击“添加映像”,系统自动增加三个映像文本框,然后依次点击绘图区的点G、F、C,再次点击“添加映像”,系统再次自动增加三个映像文本框,然后依次点击绘图区的点A、E、G,点击“确定”后显示迭代结果(迭代深度为变量的初始值1),如图:

6. 拖动变量n的滑杆,n的值随之变化,即迭代深度动态变化,以下是迭代深度为3(n=3)和迭代深度为5(n=5)的效果:

三、数值迭代——牛顿迭代法求方程 x² - 2 = 0 的根

特别提示:

1. 根据牛顿迭代法原理得迭代公式:xₙ₊₁ = xₙ/2 + 1/xₙ;

2. 本示例以 x₀ = 1 为初始值,迭代收敛到正根 +√2。

操作步骤:

1. 执行“数值”子菜单“变量”命令弹出“变量”对话框,“名称”修改为n(迭代次数),“精确度”修改为“单位”,其他可以使用默认值,点击“确定”后创建变量n;

2. 执行“数值”子菜单“变量”命令弹出“变量”对话框,“名称”修改为x_{n},“精确度”修改为“十万分之一”,其他可以使用默认值,点击“确定”后创建变量xₙ(原象),如图:

3. 执行“数值”子菜单“计算”命令弹出“计算”对话框,“名称”修改为x_{n+1},“精确度”修改为“十万分之一”,其他可以使用默认值,点击“确定”后得到计算值xₙ₊₁(映像),如图:

4. 选定变量xₙ(原象)然后执行“变换”子菜单“迭代”弹出“迭代”对话框,“映像表达式”右侧的文本框引用计算值xₙ₊₁(鼠标点击绘图区的xₙ₊₁),“迭代深度”右侧的文本框里引用变量n(鼠标点击绘图区的变量n),如图:

5. 点击“确定”后显示迭代结果(迭代深度为变量的初始值1),如图:

6. 拖动变量n的滑杆,n的值随之变化,即迭代深度动态变化,当迭代次数为4时方程的解已逼近1.41421,如图:

四、混合迭代——构造√n

1. 新建变量k(迭代深度),当前值设为3,新建变量n,当前值设为1,计算n+1,如图:

2. 绘制单位长线段AB并度量其长度,在点B附近绘制自由点C并连接AC,过点C构造AC的垂线,如图:

3. 选定点C后执行“构造”子菜单“条件圆”,在“条件表达式”右侧文本框引用线段AB的长度(鼠标点选),如图:

4. 鼠标点击构造垂线和圆的交点D,连接AD并构造中点E,如图:

5. 执行“编辑”子菜单“插入文本”或点击工具箱的文本图标,在“编辑文本”对话框的编辑区插入数学公式根号n+1,n为引用的变量,得到文本√2,如图:

6. 选定文本√2和点E然后执行“编辑”子菜单“合并”,将文本合并到点E,如图:

7. 选定点C和变量n(原象),然后执行“变换”子菜单“迭代”命令弹出“迭代”对话框,“映象”右侧文本框依次点击点D和计算值n+1,如图:

8. 最后,选定点C和点B执行“编辑”子菜单“合并”命令,如图:

9. 最终效果图如下:

五、勾股树——经典分形

在线浏览:https://geo.jhpad.com/f/A2

效果图如下:

深度迭代:可控可变的动态图形

普通迭代仅能设置固定循环次数,深度迭代支持用变量控制迭代次数。比如,创建一个变量引用为迭代次数,拖动变量滑杆时,迭代次数实时变化,图形也随之动态变化。

在线浏览:https://geo.jhpad.com/f/A3

效果如下:

随机迭代:每次执行结果均不同

按快捷键 Shift+!,每次生成图形均不重复,适合模拟随机分布、自然纹理等场景。

在线浏览:https://geo.jhpad.com/f/1

效果如下:

(该示例源文件由向忠老师分享)

条件停止:智能自动终止迭代

当满足某个条件时(比如点超出画布范围、数值达到某值),迭代自动停止。

(该示例源文件由向忠老师分享)

迭代终点:可编辑可构造的实体点

迭代生成的迭代象是一个不可分割的整体,因此无法度量,也不能在其上直接构造新图形。但迭代“终点”是实体点,拥有普通点的一切属性。构造方法:选定迭代象,点击菜单栏「变换」→「终点」即可生成。

迭代是金狐画板高阶核心功能。从基础正多边形,到复杂分形勾股树等,仅依靠简单重复规则,就能创造层次丰富的几何画面。掌握了迭代,你就掌握了画板的“进阶密码”。

访问画板:https://www.jhpad.com

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