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这是一个可以画出世间(几乎)一切的神奇数学公式

今天,我们故事的主角是



这是一个不等式,称为塔珀自指公式,是 2001 年 Jeff Tupple 发现的。其中 ⌊·⌋ 叫做地板函数,表示不大于 n 的最大整数,比如



mod (a, b) 表示 a 除以 b 的余数。这种计算叫做模除,比如 mod (8, 3) = 2。


如何利用塔珀自指公式进行画图呢?想象在直角坐标系里划出一系列小方格,小方格边长为 1, 如下图所示。


左下小方格的坐标为 (0, 0),其右边相邻的小方格的坐标为 (1, 0),上边相邻的小方格坐标为 (0, 1),其他小方格的坐标以此类推。x 的取值范围是 [0, 105],即有 106 列方格。画图需要 17 行方格,y 取值范围是 [N, N 17), N 的具体值视具体要画的图而定。


将每个方格的坐标带入塔珀自指公式中,如果不等式成立,则将方格涂色;如果不等式不成立,则不涂色。我们发现居然可以将塔珀自指公式画出来,如下图所示。



这里我们玩了一个小把戏,看上去图中坐标轴如此干净,实际上对应的 N 是个 544 位的数。


4858450636755315833144376495077387875434778047004800790770568186826854913387409480464319898086711955985226348628612592051572519203470384822977841686502813772341550071665222699610986913584247968836587062537370855964358217842804787221369694768139834972825707334012973770469504608444468078490191108987622691041618529314068404487537214619861255268382593637759805767813182770282392391246557259902123607466665214555983376497884240296412850594337074481185057142090603575984621508637348804068112129087015225053994512537667043573283090413808140105325068


这个不等式居然也可以画出数学中最有名的欧拉恒等式,如下



对应的 N 为


2352035939949658122140829649197960929306974813625028263292934781954073595495544614140648457342461564887325223455620804204796011434955111022376601635853210476633318991990462192687999109308209472315419713652238185967518731354596984676698288025582563654632501009155760415054499960


由此可见,想要用塔珀自指公式公式作图的话,需要先知道 N。如何求 N 呢?步骤如下


  1. 选定一张像素为 106 × 17 的图片。

  2. 考察每个像素,如果像素着色,标记上 1,如果没有着色,标记上 0。

  3. 从左下角向上,将每个像素标记的1或0依次写下来,把标记的1和0依次排列起来,依次记下第一列 1、0 序列,然后记录第二列,也是从底部向上开始记录。然后依同样方法,依次记录第三列、第四列、……,一直到第 17 列,最后得到一个 1802 位的二进制数。

  4. 将此 1802 位的二进制数转换成 10 进制数,将所得之数乘以 17,就是我们要求的 N。


这个过程还是比较麻烦的,好在有人给我们做好了现成的工具,点点鼠标动动手指就能画图了,Tupper-Formula


小编也用这个写了个公式,大家快来猜一猜写的是什么吧ヾ(◍°∇°◍)ノ゙


3985251445257308245656705519942908635259414216681944184779466066046496016413939313051343313781218785736477061437329834731616187057286366848995884672719953255119104515471501281741786223347102573242236494530768336943043244883279040541173481472


    

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翻译:翟立建

来源:http://www.joyfulphysics.net

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