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皮亚诺曲线是一条填满正方形的曲线,那么它的相似维数是多少呢? A. 1; B. 2; C. 3; D. ln4/ln3。

皮亚诺曲线是一条填满正方形的曲线,那么它的相似维数是多少呢? A. 1; B. 2; C. 3; D. ln4/ln3。

皮亚诺曲线是一个能填满正方形的平面曲线,因此它不再是传统的一维曲线。

维数的计算方式(相似维数)
对于自相似图形,相似维数的公式为:

Ds=lnNlnrD_s = \frac{\ln N}{\ln r}

其中 NN 是放大 rr 倍后得到的小相似图形的个数。

对于经典的皮亚诺曲线(例如以希尔伯特曲线为例):

把正方形分成 n×nn \times n 个小正方形(例如 n=3n=3 时的某种构造,希尔伯特曲线是 n=2n=2 的另一种,但皮亚诺曲线原始版本可能是分成 3×33\times 3 更复杂?实际常见的皮亚诺曲线构造比如皮亚诺最初给出的一个版本是:将单位区间映射到单位正方形,通过一个递归过程,每次把区间 9 等分,正方形分成 3×3 个小正方形,曲线经过这 9 个小正方形,每个小正方形内的路径是原曲线的相似缩小版本(比例为 1/31/3 边长)。


确定 NNrr
该曲线在生成过程中:
每次把当前尺度正方形分成 3 × 3 = 9 个小正方形(边长缩小为 1/31/3)。
这样在相似维数定义中:
长度缩放 r=3r = 3,得到的小相似图形数量 N=9N = 9(因为每一步的曲线由 9 段缩小 3 倍的曲线构成,并且这 9 段在迭代极限下能覆盖正方形)。

相似维数:

Ds=ln9ln3=2ln3ln3=2D_s = \frac{\ln 9}{\ln 3} = \frac{2 \ln 3}{\ln 3} = 2

为什么填满正方形会是 2 维?
因为相似维数在这里等于它的覆盖维数(盒子维数)等于 2,也就是说虽然它是一根连续曲线,但极限形状是一个正方形区域,它的分形维数是 2,与正方形相同。


因此正确选项是 B. 2

不过这里有个陷阱:题干给的选项 D 是 ln4/ln31.26\ln 4 / \ln 3 \approx 1.26,那是科赫曲线的维数,不是皮亚诺曲线。可能故意用相似维数公式来考查区分不同分形。

确认:常见皮亚诺曲线(比如 Hilbert 曲线,用 4 个 1/21/2 缩放的相似图形,维数是 2),不过希尔伯特曲线 r=2,N=4r=2, N=4,维数也是 2。
皮亚诺原始构造(1890)用的是九宫格方式,也是 9 个小相似图形,比例 1/3,维数还是 2。


所以答案就是 B

最终答案:

B\boxed{B}

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