几何画板怎么绘制毕达哥拉斯树

1. 几何画板绘制毕达哥拉斯树的基本原理

毕达哥拉斯树是由三部分组成的树形结构,包括一个初始的长方形和两个正三角形。我们可以利用几何画板上自带的方法和类来绘制这些图形,并利用递归的思想来不断产生新的分支,形成毕达哥拉斯树。

1.1 绘制长方形和正三角形

在几何画板上,我们可以利用Rectangle类来绘制长方形,利用Polygon类来绘制正三角形。例如,下面是绘制长宽为100的长方形和边长为100的正三角形的代码:

绘制长方形:

几何画板怎么绘制毕达哥拉斯树

```python

from tealight.art import *

length = 100

width = 50

def draw_rectangle(x, y):

rectangle(x, y, length, width)

draw_rectangle(50, 50)

```

绘制正三角形:

```python

from tealight.art import *

side = 100

def draw_triangle(x, y):

translate(x, y)

rotate(30)

polygon([(0,0), (side,0), (side/2, (3**0.5)*side/2)])

rotate(-30)

translate(-x, -y)

draw_triangle(100, 100)

```

1.2 递归形成分支

毕达哥拉斯树的特点之一是自相似性,也就是说,整个树形结构的局部形态都是相似的。为了形成这种自相似性,我们需要使用递归的思想,在每个分支上都产生新的分支。

在这个过程中,我们需要控制分支的长度和角度,使其符合毕达哥拉斯树的特征。可以通过以下方式计算分支的长度:

分支长度(hypotenuse)为基准长度(base)的某个倍数(通常为0.7-0.9),即:new_hypotenuse = hypotenuse x scaling_factor

分支长度(hypotenuse)的平方等于其它两条边的长度之和的平方,即:new_hypotenuse^2 = leg1^2 + leg2^2

在每次递归中,将基准长度减小一定比例,即:new_base = base x shrinking_factor

通过调整scaling_factor和shrinking_factor,可以改变毕达哥拉斯树的形态和细节。

2. 在几何画板上绘制毕达哥拉斯树的实现步骤

下面是在几何画板上绘制毕达哥拉斯树的实现步骤:

导入几何画板的库:from tealight.art import *

定义毕达哥拉斯树函数,并传入起点坐标、长度和角度:

绘制初始长方形

绘制初始正三角形

计算左分支的坐标、长度和角度,调用自身函数绘制左分支

计算右分支的坐标、长度和角度,调用自身函数绘制右分支

调用毕达哥拉斯树函数,传入起点坐标、长度和角度

3. 案例:绘制毕达哥拉斯树

下面是一份绘制毕达哥拉斯树的代码示例:

```python

from tealight.art import *

def draw_fractal(x, y, hypotenuse, angle):

# 绘制初始长方形

rectangle(x-hypotenuse/2, y-hypotenuse/4, hypotenuse, hypotenuse/2)

# 绘制初始正三角形

translate(x, y)

rotate(angle)

polygon([(0,0), (hypotenuse,0), (hypotenuse/2, (3**0.5)*hypotenuse/2)])

rotate(-angle)

translate(-x, -y)

# 计算左侧分支的坐标、长度和角度,调用自身函数绘制左侧分支

left_leg = hypotenuse * 0.7

left_angle = angle + 45

left_x = x - hypotenuse/2 * cos(left_angle/180*pi)

left_y = y - hypotenuse/2 * sin(left_angle/180*pi)

if left_leg > 1:

draw_fractal(left_x, left_y, left_leg, left_angle)

# 计算右侧分支的坐标、长度和角度,调用自身函数绘制右侧分支

right_leg = hypotenuse * 0.8

right_angle = angle - 30

right_x = x + hypotenuse/2 * cos(right_angle/180*pi)

right_y = y - hypotenuse/2 * sin(right_angle/180*pi)

if right_leg > 1:

draw_fractal(right_x, right_y, right_leg, right_angle)

draw_fractal(300, 400, 200, 0)

```

通过调整hypotenuse的值和angle的值,可以绘制出不同形态的毕达哥拉斯树。例如,下面是绘制出的一个较小的毕达哥拉斯树:

4. 总结归纳

毕达哥拉斯树是一种经典的分形树形结构,可以利用几何画板上的方法和类来绘制。在实现过程中,需要控制分支的长度和角度,利用递归的思想来不断产生新的分支,从而形成整个树形结构。

在绘制毕达哥拉斯树的过程中,可以通过调整scaling_factor和shrinking_factor等参数,来改变树形结构的形态和细节。通过这种方式,可以在几何画板上绘制出不同形态的毕达哥拉斯树。

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