L'arbre de Pythagore est une fractale plane construite à l'aide de carrés. Elle porte le nom de Pythagore car chaque triplet de carrés en contact enclot un triangle rectangle, une configuration traditionnellement utilisée pour illustrer le théorème de Pythagore.
L'arbre
Construction
La construction de l'arbre de Pythagore débute avec un simple carré. Sur ce carré sont construits deux autres carrés, dont chaque côté est plus petit d'un facteur ½√2 par rapport au carré de l'étape précédente, tels que les sommets des carrés soient en contact. La procédure est appliquée récursivement à chaque carré, jusqu'à l'infini. L'illustration ci-dessous illustre les premières itérations de la construction.
Construction de l'arbre de Pythagore, ordre 1
Ordre 2
Ordre 3
Ordre 4
Ordre 0
Ordre 1
Ordre 2
Ordre 3
Code pour la construction de l'arbre de Pythagore classique par récursivité
Les coordonnées sont sous la forme abscisse,ordonnée.
Il suffit de connaître X1, Y1, X2 et Y2 pour pouvoir calculer les autres.
À l'itération suivante, on effectuera ces calculs deux fois : la première fois avec (X1,Y1,X2,Y2) = (C,D,E,F) et la seconde avec (X1,Y1,X2,Y2) = (G,H,I,J).
Aire
La ne itération ajoute 2n carrés de côté (½√2)n, pour une aire totale de 1. Ainsi, l'aire totale de l'arbre semble a priori tendre vers l'infini. Cependant, certains des carrés se superposent à partir de la 5e itération, l'arbre possède donc une aire finie et tient dans un rectangle de 6×4.
Variations
En conservant la contrainte de former un triangle rectangle à partir de trois carrés, mais en donnant des tailles différentes à chacun des carrés ajoutés à chaque itération, il est possible de créer des formes fractales similaires à l'arbre de Pythagore. L'illustration suivante illustre une telle variation
Ordre 0
Ordre 1
Ordre 2
Ordre 5
Ordre 0
Ordre 1
Ordre 2
Ordre 5
Code pour la construction de l'arbre de Pythagore avec angles différents de 45°
Schéma de la construction de l'arbre de Pythagore, angle différent de 45°
α (alpha) est l'angle que l'on donne au départ, il ne varie jamais. Le triangle est toujours rectangle, mais plus isocèle rectangle comme il l'était dans la forme classique de l'arbre de Pythagore, avec alpha = 45°.
β (beta) est l'angle situé entre le segment [X1Y1X2Y2] et l'horizontale, ici représentée par le trait bleu.
H est le point d'intersection de la droite (X1Y1X2Y2) et de la hauteur h issue de AB. Seul le nom du point est donné car on ne va pas calculer ses coordonnées.
HX1Y1 est la distance entre le point de coordonnées (X1,Y1) et le point H.
ABX1Y1 est la distance entre le point de coordonnées (A,B) et le point de coordonnées (X1,Y1).
Pseudo-code
# On peut utiliser les nombres complexes pour calculer beta# j le nombre complexeanglebeta=argumentdunombrecomplexeX2+Y2j-(X1+Y1j)distanceHX1Y1=distanceX1Y1X2Y2*cosinus(alpha°)²# voir démonstration plus basdistanceABX1Y1=HX1Y1/cosinus(alpha°)#simple théorème de PythagoreA=X1+ABX1Y1*cos(alpha+beta)# théorème de Pythagore avec le triangle rectangle qui a pour hypoténuse ABX1Y1 et dont un des côtés adjacents est situé sur l'horizontale (sur le trait bleu), et l'autre est donc situé sur la verticale.B=Y1+ABX1Y1*sin(alpha+beta)# même raisonnementC=X1-(B-Y1)D=Y1+(A-X1)E=A-(B-Y1)F=B+(A-X1)G=A-(Y2-B)H=B+(X2-A)I=X2-(Y2-B)J=Y2+(X2-A)
Démonstration HX1Y1
Code en Python 3
Python travaille avec les radians, donc 90 degrés = pi/2 radians
