Kronecker符号是数论里面的一个重要概念,涉及到二次互反律的一般情形。Kronecker符号(n丨m),当n=-1,而m是正整数的时候,(n丨m)只能等于±1。下面,我们就用n=-1的情形,来绘制一个龙形图案。用到的工具是Mathematica。
工具/原料
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电脑
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Mathematica
方法/步骤
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Mathematica里面,Kronecker符号用KroneckerSymbol来表示。下图是m从1到600,Kronecker符号(-1丨m)的取值情况。
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假设一只蚂蚁位于原点,头朝向x轴正方向:第一次,碰到Kronecker符号(-1丨1)=1,就向左转90°,并前进一步;第二次,碰到Kronecker符号(-1丨2)=1,再向左转90°,并前进一步;第三次,碰到Kronecker符号(-1丨3)=-1,就向右转90°,并前进一步;第四次,碰到Kronecker符号(-1丨4)=1,就再向左转90°,并前进一步;……依此类推。用点代替蚂蚁,折线段代替蚂蚁的移动轨迹,那么,前10步,蚂蚁的移动轨迹如下。
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前30步的移动轨迹,如下图。
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用Graphics作图,最大的好处是,可以自动的对成图进行合适的缩放,且保持实际比例。前100步,轨迹如下,与前图对比,可以看到,折线段的长度越来越短。
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前600步,蚂蚁轨迹更密集,折线段也更短了。
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前1666步,图形如下。此时,是不是隐隐约约有一点规律了呢?
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继续。前6666步,图形如下,可以看出明显的自相似结构。
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下图是前10606步的情形。
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前30000步,看起来,已经具备分形的特征了,细节越来越模糊,而自相似性也很明显。
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前60000步,比较考验电脑的性能。下图,分别是60000步、100000、300000、600000步对应的情形。
注意事项
这个案例告诉我们,看似Kronecker符号没什么规律,但那只是它的规律隐藏的比较深而已。