数学

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乘法表、轮子和马克杯
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乘法表、轮子和马克杯

在阳光或灯光下的马克杯里,常常会出现心形的亮斑。 很久以前就想探究一下这个问题,最近又看到了这个现象,于是去查了一下。 结果自然是标准结局:早就被人研究过了。 在解释这个现象之前,先来看一些看似完全无关的其他现象吧。 1 乘法表 接下来我们要制作一个环形的“乘法表”。 设$n,m$为正整数,$n$是数字的个数,$m$是乘数。这里我们取$n=12$和$m=3$。现在我们将$0$到$n-1$这$n$个整数等距依次排列在一个圆上,就像时钟一样: 然后按照以下的规则连线:对其中任意一个数$k$,计算$r = mk \mod n$,即m与k的乘积除以n的余数, * 如果$k=r$,则略去,不连线。 * 如果$
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欧拉的宝石
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欧拉的宝石

前言 提起欧拉(Leonhard Euler,1707-1783)最广为人知的发现,莫过于欧拉恒等式(Euler’s identity): $$ e^{i\pi} + 1 = 0 $$ 它将将自然对数的底$e$、圆周率$\pi$、虚数单位$i$、$0$与$1$以一种出人意料的方式联系在一起。它来自于欧拉公式(Euler’s formula): $$ e^{ix} = \cos x + i \sin x $$ 如果打开任意一篇题为《世界上最美的10个数学公式》的文章,其中几乎一定会有欧拉恒等式或欧拉公式出现。遗憾的是,它们并非本文的话题。 除了上文提到的欧拉公式外,还有一条相对没有那么出名的公式也常常被称为欧拉公式。为避免混淆,本文将其称作欧拉多面体公式(Euler’s polyhedron formula)
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logistic映射:人口增长、混沌与一个奇特译名

课本上的回忆 在人教版生物必修3《稳态与环境》关于种群的一节中提到过两种描述种群个体数量增长的模型,分别是指数增长的「J」型曲线与 有环境容纳量(K值)的「S」型曲线,但课本并未给出后者的具体解析式,只是笼统地概括了其特点。在一些参考书上,则进一步描述了其增长速率特征,即在个体数量为K/2时增长速率最大。 就在这个看似简单的模型背后,藏着许多令人诧异的现象。 有限的人口增长 logistic映射是一种离散递推关系,定义为 \[ x_{n+1} = rx_{n}(1-x_n) \] 其中,$x_{n}$ 为个体数量,$n$为时间,r为一个由增长率决定的参数,会对曲线形状有着极大的影响。 实际上,「S型曲线」正是logistic映射(logistic map)的一种特殊情况。课本上的「S」型曲线为r=1时连续化的情况,即logistic函数(logistic
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动点与对数螺线
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动点与对数螺线

问题 如图所示,在一个正方形的四个顶点上各有一只老鼠,每一只老鼠始终以相同速度向位于它逆时针方向相邻的老鼠移动。求: 1. 在合适的坐标系下老鼠移动轨迹的方程; 2. 老鼠移动的路程。 解法一 为了求出点的轨迹方程,以正方形的中心为极点建立极坐标系,其极轴方向平行于正方形的任意一边。设正方形的边长为$a$。我们以右上角顶点$A$处的老鼠作为研究对象。 在极坐标系中,分别设右上角顶点$A$、左上角顶点$B$的坐标为 \[A(r,\theta), B (r,\theta+\frac{\pi}{4})\] 则其对应的直角坐标分别为 \[(rcos \theta,rsin \theta)\] 与 \[(-rsin\theta,rcos\theta)\] 两点连线的斜率为 \[\begin{align} m& =\frac{rcos\
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