跳轉至內容

分形/複平面上的迭代/法圖集

來自華夏公益教科書,開放的世界,開放的書籍

法圖集被稱為

  • 正規性域
  • 等度連續性域

法圖集、域和分量 那麼存在有限數量的開集 ,它們被 保持不變,並且

  1. 集合 的並集在平面上稠密,並且
  2. 在每個集合 上以規律和相等的方式表現。

最後一句話意味著由 的點生成的迭代序列的終止點

  • 要麼完全相同,在這種情況下它是一個有限迴圈
  • 要麼它們是同心排列的圓形或環形集合的有限迴圈。

在第一種情況下,迴圈是吸引的,在第二種情況下它是中性的

這些集合 法圖域,它們的並集是 ,即 法圖集

法圖集中的每個域可以歸類為四種不同的類別之一。[1]


每個法圖域至少包含一個 臨界點,即

  • 滿足 的一個(有限)點z
    • 如果分子 的次數至少比分母 的次數大 2。
    • 如果存在某個 c 和滿足此條件的有理函式 ,使得

的補集是 ,即 的Julia集。

如果所有臨界點都是前週期點,也就是說它們不是週期點,但最終會落入一個週期迴圈中,那麼 將是整個球體;否則, 是一個無處稠密的集合(它沒有內點)並且是一個 不可數 的集合(與實數具有相同的 基數)。像 一樣, 不變於 ,並且在這個集合上迭代是排斥的,這意味著對於 z 的鄰域 [在 內] 的所有 w ,都有 。這意味著 在Julia集上表現出混沌行為。儘管Julia集中的某些點的迭代序列是有限的,但這樣的點只有 可數 個(它們構成Julia集的無窮小部分)。由這些集合之外的點生成的序列表現出混沌行為,這種現象被稱為 確定性混沌


關於 有理對映動態平面的分量 ,Fatou集的分量個數:[2]

  • 0(Fatou集為空,整個黎曼球面都是Julia集)[3]
  • 1 ( 例如 ,這裡只有一個 Fatou 域,它包含一個分量 = 完整的 Fatou 集)
  • 2 ( 例如 ,這裡有兩個 Fatou 域,兩者都包含一個分量)
  • 無限多個 ( 例如 ,這裡有兩個 Fatou 域,一個 ( 外部 ) 包含一個分量,另一個 ( 內部 ) 包含無限多個分量)


The Samuel Lattes 函式的 Julia 集 包含整個復球面 = Fatou 集為空[4][5]

在基於復二次多項式的離散動力系統的情況下,Fatou 集可以由域 ( 盆 ) 組成 

  • 吸引 ( 吸引不動點的盆 / 週期 )
    • 超吸引 ( Boettcher 座標 )
      • 無窮遠處的盆 [6]
    • 吸引但不是超吸引 (
  • 拋物線 (Leau-Fatou) 盆 ( Fatou 座標 ) 附近有理無差異不動點 / 週期的區域性動力學 ;
  • 橢圓盆 = Siegel 圓盤 ( 附近無理無差異不動點 / 週期的區域性動力學 )

座標

[edit | edit source]
區域性動力學型別 ( 速度)
座標
座標 接近不動點的速度
超吸引 Boettcher
吸引 Koenigs 中等
拋物線 Fatou
Siegel 圓盤 無理旋轉,所以軌道是閉合曲線 點圍繞不動點旋轉,永遠不會接近它
Herman 環 無理旋轉,所以軌道是閉合曲線 點圍繞不動點旋轉,永遠不會接近它


排斥盆是另一個名字

  • 多項式的超吸引盆

區域性離散復動力學

[edit | edit source]
動力學型別

Julia 集是連通的 ( 2 個吸引盆)

  • 吸引 : 雙曲動力學
    • 超吸引 : 非常快 ( = 指數 ) 收斂到週期迴圈 ( 不動點 )
  • 拋物線分量 = 慢 ( 懶惰 ) 動力學 = 慢 ( 指數減速 ) 收斂到拋物線不動點 ( 週期迴圈)
  • Siegel 圓盤分量 = 圍繞不動點旋轉,永遠不會到達不動點

當 Julia 集不連通時,Julia 集沒有內部 ( 臨界不動點是排斥的 ( 或吸引到無窮大 ) - 只有一個吸引盆

沿逃逸路徑 0 的動力學演化 ( 拋物線內爆)
引數 c c 的位置 Julia 集 內部 臨界軌道動力學型別 臨界點 不動點 alfa 的穩定性
c = 0 中心,內部 連通 存在 超吸引 吸引到 alfa 不動點 臨界不動點等於 alfa 不動點,alfa 是超吸引的,beta 是排斥的 r = 0
0<c<1/4 內部射線 0,內部 連通 存在 吸引 吸引到 alfa 不動點 alfa 是吸引的,beta 是排斥的 0 < r < 1.0
c = 1/4 尖點,邊界 連通 存在 拋物線 吸引到 alfa 不動點 alfa 不動點等於 beta 不動點,兩者都是拋物線的 r = 1
c>1/4 外部射線 0,外部 不連通 消失 排斥 排斥到無窮大 兩個有限不動點都是排斥的 r > 1


穩定性 r 是不動點 alfa 處的乘子的絕對值



c = 0.0000000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.0000000000000000+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.0000000000000000 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.0250000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.0513167019494862+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.0513167019494862 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.0500000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.1055728090000841+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.1055728090000841 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.0750000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.1633399734659244+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.1633399734659244 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.1000000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.2254033307585166+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.2254033307585166 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.1250000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.2928932188134524+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.2928932188134524 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.1500000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.3675444679663241+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.3675444679663241 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.1750000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.4522774424948338+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.4522774424948338 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.2000000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.5527864045000419+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.5527864045000419 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.2250000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.6837722339831620+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.6837722339831620 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.2500000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.9999999894632878+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.9999999894632878 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.2750000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 1.0000000000000000+0.3162277660168377*I 	 r(m) = 1.0488088481701514 	 t(m) = 0.0487455572605341 	period = 1
 c = 0.3000000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 1.0000000000000000+0.4472135954999579*I 	 r(m) = 1.0954451150103321 	 t(m) = 0.0669301182003075 	period = 1
 c = 0.3250000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 1.0000000000000000+0.5477225575051662*I 	 r(m) = 1.1401754250991381 	 t(m) = 0.0797514300099943 	period = 1
 c = 0.3500000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 1.0000000000000000+0.6324555320336760*I 	 r(m) = 1.1832159566199232 	 t(m) = 0.0897542589928440 	period = 1

測試

[edit | edit source]

區域性動力學分析 

  • 繪製臨界軌道
  • 查詢週期點
  • 將複數移動劃分為簡單的路徑
  • 拓撲圖,[7]
  • 繪製網格 ( 極座標或矩形 )
方法 測試 描述 結果集 真實集
二進位制逃逸時間 保釋 abs(zn)>ER 逃逸和不逃逸 逃逸集包含快速逃逸畫素,是真正的外部。

不逃逸集被視為填充的 Julia 集 ( 內部和邊界 ),但它包含 

  • 來自外部的緩慢逃逸點,
  • Julia 集
  • 內部點
離散逃逸時間 = 等級集方法 = LSM 保釋 最後一次迭代或 final_n = n : abs(zn)>ER 逃逸集被劃分為具有相同 n ( 最後一次迭代 ) 的子集。這些子集稱為等級集,並建立圍繞 Julia 集並逼近它的帶。等級集的邊界稱為停留帶
連續逃逸時間 示例 示例 示例

測試

  • 對於有限吸引子 ( 半徑 = AR)
  • 對於無窮大 ( 使用逃逸半徑 ( ER ) 進行逃逸測試

目標

[edit | edit source]

目標集:

  • 向前軌道的陷阱
  • 它是一個捕獲任何趨向於不動點 / 週期點\ 的軌道的集合
  • 始終位於包含不動點的分量內

參考文獻

[edit | edit source]
  1. Beardon, Iteration of Rational Functions, Theorem 7.1.1.
  2. Beardon, Iteration of Rational Functions, Theorem 5.6.2.
  3. Campbell, J.T., Collins, J.T. Blowup Points and Baby Mandelbrot Sets for a Family of Singularly Perturbed Rational Maps. Qual. Theory Dyn. Syst. 16, 31–52 (2017). https://doi.org/10.1007/s12346-015-0169-5
  4. Maru Sarazola : On the cardinalities of the Fatou and Julia sets
  5. Complex Dynamics by Fionn´an Howard
  6. THE CLASSIFICATION OF POLYNOMIAL BASINS OF INFINITY by LAURA DEMARCO AND KEVIN PILGRIM
  7. Xavier Tricoche、Gerik Scheuermann 和 Hans Hagen 撰寫的《二維向量場拓撲簡化方法》
華夏公益教科書