最近沉迷于用 Mathematica 制作动画。受到这个动画的启发，我决定自己制作一些动画，来演示分形图形的进化过程。下面就是我这一周的成果。
趣题：顶点数为多少的图有可能和自己互补
若干个顶点以及某些顶点和顶点之间的连线，就构成了一个“图”。如果对某个图进行变换，使得原来任意两个有连线的顶点之间都不再有连线，原来任意两个没有连线的顶点之间现在都有连线了，那么所得到的图就是原来那个图的“补图”。如果一个图和它的补图具有本质上完全相同的结构（这意味着，把其中一个图的顶点以适当的方式与另一个图的顶点建立一一对应的关系，那么对于谁和谁之间有连线、谁和谁之间没有连线这样的问题，两个图的情况是完全一样的），我们就说这个图和它自己是互补的。下图显示了一个顶点数为 5 的图以及它的补图，容易看出，它们的本质结构是相同的。这说明，顶点数为 5 的图有可能和自己互补。
下图显示了一个顶点数为 8 的图，它和它的补图也具有同样的本质结构（你能看出来吗）。这说明，顶点数为 8 的图也有可能和自己互补。
我们今天的问题是：对于那些正整数 n ，存在顶点数为 n 的与自己互补的图？
经典证明：向量叉积的几何意义
为什么以向量 (a, b) 和 (c, d) 为邻边，构成的平行四边形的面积正好是 ad – bc 呢？下图是一个非常漂亮的无字证明。
这是我在阅读 The Mathematical Mechanic: Using Physical Reasoning to Solve Problems 一书时受到启发并制作完成的。
趣题：这个图形有什么独特的性质？
下图是由 288 个相同的小立方体拼成的一个立体图形，它有一个非常独特，非常难能可贵的性质。要想用若干个相同的小立方体构造出一个具有同样性质的立体图形，这绝对不是一件容易的事情。事实上，下图已经是目前已知的满足该性质的立体图形中所用小立方体个数最少的了。你能猜出这个性质是什么吗？
趣题：构造点集使得每条直线上的点都一样多
我们很容易在平面内放置很多点，使得任意两点确定的直线都只经过这两个点——你需要做的，仅仅是让任意三点都不共线就行了。那么，能否在平面内放置若干个点，使得任意两点确定的直线总是恰好经过三个点呢？更一般地，对于任意正整数 n > 2 ，能否在平面内放置若干个点，使得任意两点确定的直线总是恰好经过 n 个点呢？当然，我们要排除掉所有点都共线这种平凡的情况。
记得我很小的时候就想过这个问题。小时候有一种经典的智力题，大致就是叫你把多少多少棵树种成多少多少行，使得每行都有多少多少棵树。比方说，如何把 9 棵树种成 10 行，使得每行都有 3 棵树？答案如下图所示。但请注意，其实图中还有不少直线上只有 2 棵树，比如那条蓝色的虚线。
当时，我就曾经想过，如果树苗足够多，能否让每条可能的直线上都种有 3 棵树呢？于是，我没事儿就来尝试一番，但每一次都以失败告终。后来我才知道，这是不可能的。根据 Sylvester–Gallai 定理，在任意一个有限点集中，一定有一条直线恰好只经过两个点，除非所有的点都是共线的。这个定理有一个非常漂亮的证明，这里不得不提。假设存在某个点集，满足任意两点确定的直线上都存在其他的点。画出所有可能的直线，作出每一个点到每一条直线的垂线段，然后找出所有这些垂线段中最短的一条。不妨假设这条最短的垂线段是点 P 到某条直线 l 的垂线段，垂足点记作 H 。由假设， l 上至少有三个点，因此至少有两个点分布在垂足 H 的同一侧（允许和垂足重合）。不妨把这两个点记作 R 、 Q ，如下图所示。由于我们画出了所有可能的直线，因此 P 、 R 两点之间也有一条直线；此时， Q 到 PR 的垂线段就是更短的垂线段，于是产生矛盾。要想避免这样的矛盾，唯一的方法就是，所有的垂线段长度都为 0 ，换句话说我们根本作不出所谓的垂线段。这也就是所有点全都共线的情况。
我们刚才证明了，在一个点集中，只经过两点的直线一定存在，除非所有点全都共线；因此，当 n > 2 时，我们自然就无法让每条可能的直线上都有 n 个点，除非所有点全都共线。