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四十八部用 ManimGX 制作的短片,每部一个仅需 numpy 的 Python 文件。屏幕上的 每个数字都在影片播放时实时计算。

方程与证明

  • 二次公式

    配方法将方程变为图像。每一项在矩形移动时 保持自身颜色,二次公式由此浮现。

  • 重排证明勾股定理

    移动四个直角三角形揭示为何 a² + b² = c²。三角形及其外接正方形始终保持面积不变。

  • 展开圆周

    细环展开为长条,长条堆叠成三角形。其底为 2πr, 高为 r,故面积为 πr²。

  • 欧拉恒等式即一段行走

    指数级数的各项在复平面中 螺旋趋近 −1。让角度变化,其和便沿单位圆绕行。

微积分

  • 导数度量什么

    曲线上两点靠拢时,割线变为切线。切线斜率 的变化描出导数的图像。

  • 矩形变为积分

    更窄的矩形使和更接近曲线下方的面积。 每次细化都分割矩形并更新所测面积。

  • 多项式逼近正弦

    每一个新的泰勒项使多项式 跟随更多正弦波的形状。增长的公式与其图像一同变化。

  • 圆周画出正弦与余弦

    旋转的半径从其高度和跨度描出 正弦和余弦。圆内的直角三角形也说明了为何 sin²θ + cos²θ = 1。

平面与曲面

  • 矩阵移动平面

    矩阵同时带动网格、其基向量箭头 和一个单位正方形。行列式度量平面在剪切、旋转、压扁和翻转时 面积的变化。

  • 复函数弯曲平面

    网格在 z²、 指数函数和正弦函数下弯曲。直线变为抛物线、圆和射线,因为每个 点都行至其像。

  • 公式生成地貌

    平坦网格升起为蛋盒、 马鞍和钟形。每个曲面由其公式计算,随相机转动 弯曲为下一个。

图样与惊奇

  • 圆周画出 π

    一串旋转箭头描出 π 的轮廓。 箭头的长度和相位来自该字母的傅里叶系数,相机跟随笔尖 以便近看。

  • 圆上的乘法表

    将圆周上的数字连接到其倍数 画出心脏线和其他曲线。连续改变乘数使 图样转动、分裂和折叠。

  • 两木块数出 π

    两个木块与一面墙之间的弹性碰撞 数出 π 的数位。每次碰撞都被模拟,质量比决定 显示多少位数。

  • 素数螺旋

    将素数以距离 p、角度 p 标绘, 显现出随相机拉远而变为射线的螺旋。对 2π 的接近近似解释了 图样的变化。

  • 希尔伯特空间填充曲线

    一条路径访问越来越细的 正方形网格的每个格胞。四份较小的副本,旋转并连接, 构成下一阶希尔伯特曲线。

  • 高尔顿钉板

    反复的左右弹跳堆出钟形 球堆。所测计数趋近钉子下方的二项分布。

  • 洛伦兹吸引子

    八个几乎相同的起点 描出蝴蝶而后散开。两条路径都遵循洛伦兹方程,展示 确定性系统如何可以混沌。

几何与拓扑

  • 霍普夫纤维化

    三维球面由圆构成,其中每两个 互链一次。每个圆位于普通球面上一点之上,影片 度量每一对如何互链。

  • 翻面的环面

    四维中的四分之一转将 环面翻面。中途它以带柄平面的形式穿过无穷远。

  • 弯而不伸

    螺旋面卷成悬链面 而不拉伸。每一步中距离和曲率保持不变(高斯绝妙定理)。

  • 球上的万花筒

    三面镜以 120 个三角形铺满球面。一个点及其反射生成二十面体、十二面体及 其间的各多面体。

  • 门格海绵中的星

    过中心切开后,门格海绵 满是六角星。该切面沿一条长对角线,是一个六边形。

  • 立方体与北极圈

    菱形的随机铺砌是沿对角线 看去的一堆立方体。圆外,铺砌冻结。

  • √z 住在哪里

    平方根绕 0 一圈后变号, 因此它住在两页面上。对数每绕一圈便攀升:无尽的阶梯。

  • 鲁珀特王子立方体

    一个立方体能穿过相同立方体上的 一个孔(鲁珀特王子,1693)。2025 年,Noperthedron 成为第一个不能如此做的 凸体。

  • 泰勒级数为何停止

    1/(1 + x²) 的泰勒级数在 |x| = 1 处停止收敛。±i 处的两个极点是原因,唯有复平面能 显示它们。

  • 晶体与锥

    Voronoi 胞是从种子长出的晶体。从 上方看,它们也是一片锥的田野。

  • 曼德博集合中的倍周期

    逻辑斯谛映射的 倍周期从曼德博集合中升起。每次倍周期位于两个 球之间的夹点上。

  • 圆还是方?

    管口从前方看是圆,在镜中 是方(杉原,2016)。它是同一条三维曲线,由两个视图求解。

  • 堆橘子

    橘子有两种堆法,其中之一是立于 角上的立方体。一刀切过两堆度量出各占空间的 74.05%,这是 任何球堆所能达到的最大比例(开普勒,1611;Hales,1998)。

物理

  • 旋转陀螺

    旋转陀螺不倒:它进动并点头。其尖端 描出尖点、环或波,取决于如何发射。

  • 网球拍翻转

    绕中间轴旋转的柄反复 翻转(贾尼别科夫效应)。等能曲线说明了原因。

  • 拉格朗日点

    随地球与月球一同旋转看去, 拉格朗日点 L4 和 L5 是山顶。然而科里奥利力使探测器停驻其上。

  • 范艾伦辐射带

    带电粒子在地球磁场中 旋转、弹跳和漂移。磁场是一个磁瓶,它束缚住辐射带。

  • 蛙跳烟环

    两个烟环轮流穿过 对方(亥姆霍兹,1858)。开尔文冲量 r₁² + r₂² 保持不变。

  • 量子隧穿

    量子粒子穿过经典上无法 越过的墙。所测透射与公式吻合。

  • 切伦科夫光

    在水中超光速运动的电荷 留下一锥蓝光。影片度量锥角并与公式对照。

  • 环面上的图灵斑图

    两种化学物质在甜甜圈上反应并扩散, 用斑点与条纹为其上色(Gray–Scott;Turing,1952)。

  • 同步的萤火虫

    超过临界耦合后,2000 只萤火虫 步调一致。其同步程度与精确曲线吻合。

  • 随机游走长成的珊瑚

    18000 个随机游走者游荡直到触碰 簇并粘住。它们长成的珊瑚具有分形维数 2.5,由其 质量增长测得。

工程

  • 用相位操控波束

    固定的天线仅凭相位操控波束。 影片先展示实时波场,再展示三维波束。

  • Miura 折叠

    一拉折整片,无面弯曲。它同时 向两个方向展开(负泊松比)。

  • 谐波驱动

    应变波齿轮在一个 扁平环内实现 30:1 减速。一个 60 齿的柔性环在 62 齿环内, 每转退两齿。

  • 无中生有的交通堵塞

    以时间为第三维,交通 堵塞是路径的一个结。每辆车都前进时,它却后退。

计算与学习

  • 噪声变字

    噪声沿数据的精确得分 流入一个字。这是一个无神经网络的扩散模型。

  • 网络解开螺旋

    一个小网络在场景开始时训练, 将一条螺旋抬过另一条。而后一个平面将它们分开。

  • 时空中的生命游戏

    将生命游戏的各代 叠起,滑翔机枪的滑翔机便是阶梯。它们以 c/4 攀升,即生命游戏 最高速度的四分之一。