FRAKTÁLGEOMETRIA. Példák fraktálokra I. Czirbusz Sándor február 1. Komputeralgebra Tanszék ELTE Informatika Kar

Hasonló dokumentumok
Fraktálok. Klasszikus fraktálpéldák I. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

FRAKTÁLGEOMETRIA Feladatok. Czirbusz Sándor április 16. A feladatok végén zárójelben a feladat pontértéke található.

Fraktálok. Hausdorff távolság. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék március 14.

10. előadás. Konvex halmazok

FRAKTÁLGEOMETRIA. Metrikus terek, szeparábilitás, kompaktság. Czirbusz Sándor Komputeralgebra Tanszék ELTE Informatika Kar

Folytonos görbék Hausdorff-metrika Mégegyszer a sztringtérről FRAKTÁLGEOMETRIA. Metrikus terek, Hausdorff-mérték. Czirbusz Sándor

A Peano-görbe. Besenyei Ádám ELTE

Fraktálok. Löwy Dániel Hints Miklós

Négyzetfraktálok. Fábián János

Geometria 1 normál szint

Fraktálok. Bevezetés. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék Tavasz

Geometria. a. Alapfogalmak: pont, egyenes, vonal, sík, tér (Az alapfogalamakat nem definiáljuk)

Egyenes mert nincs se kezdő se végpontja

Georg Cantor (1883) vezette be Henry John Stephen Smith fedezte fel 1875-ben. van struktúrája elemi kis skálákon is önhasonló

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé.

3. előadás. Elemi geometria Terület, térfogat

Geometria 1 normál szint

dimenziója Szirmay-Kalos László N= 1/r D D= (logn) / (log 1/r) D= (log4) / (log 3) = 1.26 N = 4, r = 1/3 Vonalzó ( l ) db r =1/3 N = 4 r 2 N 2 N m r m

11. előadás. Konvex poliéderek

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé. (Albert Einstein) Halmazok 1

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 1. estis képzés

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Diszkrét matematika I.

A valós számok halmaza

Feladatok Házi feladat. Keszeg Attila

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

2. Logika gyakorlat Függvények és a teljes indukció

Diszkrét matematika I.

és annak H részcsoportja úgy, hogy a [H, G] intervallum (azaz a G-beli, H-t tartalmazó részcsoportok hálója) L-lel izomorf legyen?

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

10. Tétel Háromszög. Elnevezések: Háromszög Kerülete: a + b + c Területe: (a * m a )/2; (b * m b )/2; (c * m c )/2

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Matematika A1a Analízis

Matematika A1a Analízis

Diszkrét matematika 2. estis képzés

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

Analízis I. beugró vizsgakérdések

Gyakorló feladatok. 2. Matematikai indukcióval bizonyítsuk be, hogy n N : 5 2 4n n (n + 1) 2 n (n + 1) (2n + 1) 6

Számsorok. 1. Definíció. Legyen adott valós számoknak egy (a n ) n=1 = (a 1, a 2,..., a n,...) végtelen sorozata. Az. a n

DiMat II Végtelen halmazok

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Háromszögek, négyszögek, sokszögek 9. évfolyam

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Követelmény a 6. évfolyamon félévkor matematikából

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Geometria III.

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

Megoldás A számtani sorozat első három eleme kifejezhető a második elemmel és a differenciával. Összegük így a 2. d =33, azaz 3a 2. a 2.

1. előadás: Halmazelmélet, számfogalom, teljes

Sorozatok határértéke VÉGTELEN SOROK

A hiperbolikus síkgeometria Poincaré-féle körmodellje

Érdemes egy n*n-es táblázatban (sorok-lányok, oszlopok-fiúk) ábrázolni a két színnel, mely éleket húztuk be (pirossal, kékkel)

17. előadás: Vektorok a térben

Matematika alapjai; Feladatok

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI május 8. EMELT SZINT

1. A Hilbert féle axiómarendszer

Függvények Megoldások

1. Halmazok, halmazműveletek. Nevezetes ponthalmazok a síkban és a térben. (x eleme az A halmaznak, x az A halmazhoz tartozik),

Számítógépes Számelmélet

Síkgeometria 12. évfolyam. Szögek, szögpárok és fajtáik

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

Diszkrét matematika 1. estis képzés. Komputeralgebra Tanszék ősz

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Matematika szóbeli érettségi témakörök 2016/2017-es tanév őszi vizsgaidőszak

Analízis évfolyam. Szerkesztette: Surányi László július 5.

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

3. tétel Térelemek távolsága és szöge. Nevezetes ponthalmazok a síkon és a térben.

3. Függelék El ismeretek Feladatmegoldások

Analízis I. Vizsgatételsor

1. tétel Halmazok és halmazok számossága. Halmazműveletek és logikai műveletek kapcsolata.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Osztályozóvizsga és javítóvizsga témakörei Matematika 9. évfolyam

Hogyan óvjuk meg értékes festményeinket?

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Numerikus módszerek beugró kérdések

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2008/2009-es tanév első (iskolai) forduló haladók II. kategória

1. Az ábrán látható táblázat minden kis négyzete 1 cm oldalhosszúságú. A kis négyzetek határvonalait akarjuk lefedni. Meg lehet-e ezt tenni

2016/2017. Matematika 9.Kny

54. Mit nevezünk rombusznak? A rombusz olyan négyszög,

Gráfelmélet. I. Előadás jegyzet (2010.szeptember 9.) 1.A gráf fogalma

Racionális számok: Azok a számok, amelyek felírhatók két egész szám hányadosaként ( p q

GEOMETRIA 1, alapszint

Készítette: Ernyei Kitti. Halmazok

A TERMÉSZETES SZÁMOK

10. Koordinátageometria

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

2. ELŐADÁS. Transzformációk Egyszerű alakzatok

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2010/2011-es tanév 1. forduló haladók III. kategória

8. előadás. Kúpszeletek

Geometriai valo szí nű se g

FELVÉTELI VIZSGA, július 17.

16. tétel Egybevágósági transzformációk. Konvex sokszögek tulajdonságai, szimmetrikus sokszögek

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Átírás:

Példák fraktálokra I Czirbusz Sándor czirbusz@gmail.com Komputeralgebra Tanszék ELTE Informatika Kar 2010. február 1.

Vázlat 1 Mi a fraktál? 2 A konstrukció Egyszerű tulajdonságok Triadikus ábrázolás Transzlációk Iterált fügvényrendszerek Sierpienski háromszög A konstrukció Egyszerű tulajdonságok A Sierpienski - szőnyeg és a Menger - szivacs A Koch - görbe

Mi a fraktál? A fraktál olyan halmaz, melynek a Haussdorff-Besicovitch dimenziója szigorúan nagyobb, mint a topológiai dimenziója

Mi a fraktál? A fraktál olyan halmaz, melynek a Haussdorff-Besicovitch dimenziója szigorúan nagyobb, mint a topológiai dimenziója Mandelbrot

Kiegészítés Amit azért mindenki tud Önhasonlóak FInomszerkezet Az euklideszi geometria eszközeivel nehezen kezelhetők Egyszerű szabályokkal előállíthatók többnyire valamilyen rekurzióval Valami baj van a dimenzióval Ott vanak mindenhol

Kiegészítés Amit azért mindenki tud Önhasonlóak FInomszerkezet Az euklideszi geometria eszközeivel nehezen kezelhetők Egyszerű szabályokkal előállíthatók többnyire valamilyen rekurzióval Valami baj van a dimenzióval Ott vanak mindenhol

Kiegészítés Amit azért mindenki tud Önhasonlóak FInomszerkezet Az euklideszi geometria eszközeivel nehezen kezelhetők Egyszerű szabályokkal előállíthatók többnyire valamilyen rekurzióval Valami baj van a dimenzióval Ott vanak mindenhol

Kiegészítés Amit azért mindenki tud Önhasonlóak FInomszerkezet Az euklideszi geometria eszközeivel nehezen kezelhetők Egyszerű szabályokkal előállíthatók többnyire valamilyen rekurzióval Valami baj van a dimenzióval Ott vanak mindenhol

Kiegészítés Amit azért mindenki tud Önhasonlóak FInomszerkezet Az euklideszi geometria eszközeivel nehezen kezelhetők Egyszerű szabályokkal előállíthatók többnyire valamilyen rekurzióval Valami baj van a dimenzióval Ott vanak mindenhol

Kiegészítés Amit azért mindenki tud Önhasonlóak FInomszerkezet Az euklideszi geometria eszközeivel nehezen kezelhetők Egyszerű szabályokkal előállíthatók többnyire valamilyen rekurzióval Valami baj van a dimenzióval Ott vanak mindenhol

Kiegészítés Amit azért mindenki tud Önhasonlóak FInomszerkezet Az euklideszi geometria eszközeivel nehezen kezelhetők Egyszerű szabályokkal előállíthatók többnyire valamilyen rekurzióval Valami baj van a dimenzióval Ott vanak mindenhol

A Cantor halmaz konstrukciója Legyen C 0 = [0, 1]

A Cantor halmaz konstrukciója Legyen C 0 = [0, 1] Hagyjuk el az ( 1 3, 2 3 ) intervallumot!

A Cantor halmaz konstrukciója Legyen C 0 = [0, 1] Hagyjuk el az ( 1 3, 2 3 ) intervallumot! C 1 = [0, 1 3 ] [ 2 3, 1]

A Cantor halmaz konstrukciója Legyen C 0 = [0, 1] Hagyjuk el az ( 1 3, 2 3 ) intervallumot! C 1 = [0, 1 3 ] [ 2 3, 1]... minden lépésben hagyjuk el a megmaradt intervallumok középső harmadát!

A Cantor halmaz konstrukciója Legyen C 0 = [0, 1] Hagyjuk el az ( 1 3, 2 3 ) intervallumot! C 1 = [0, 1 3 ] [ 2 3, 1]... minden lépésben hagyjuk el a megmaradt intervallumok középső harmadát! C = k=1 C k a Cantor halmaz

Egyszerű tulajdonságok 1 A C k halmaz 2 k darab diszjunkt intervallum uniója, egy ilyen intervallum hossza : 1 3 k 2 l(c k ) = ( 2 3 )k 3 l(c) = 0 4 Ha a, b [0, 1] és valamely k ra [a, b] C k, akkor minden n >= k esetén a, b C n

Egyszerű tulajdonságok 1 A C k halmaz 2 k darab diszjunkt intervallum uniója, egy ilyen intervallum hossza : 1 3 k 2 l(c k ) = ( 2 3 )k 3 l(c) = 0 4 Ha a, b [0, 1] és valamely k ra [a, b] C k, akkor minden n >= k esetén a, b C n

Egyszerű tulajdonságok 1 A C k halmaz 2 k darab diszjunkt intervallum uniója, egy ilyen intervallum hossza : 1 3 k 2 l(c k ) = ( 2 3 )k 3 l(c) = 0 4 Ha a, b [0, 1] és valamely k ra [a, b] C k, akkor minden n >= k esetén a, b C n

Egyszerű tulajdonságok 1 A C k halmaz 2 k darab diszjunkt intervallum uniója, egy ilyen intervallum hossza : 1 3 k 2 l(c k ) = ( 2 3 )k 3 l(c) = 0 4 Ha a, b [0, 1] és valamely k ra [a, b] C k, akkor minden n >= k esetén a, b C n

Triadikus ábrázolás I Bármely x N ábrázolható 3-as számrendszerben x = M a i 3 i i=0 formában. A [0, 1] között számok felírhatók x = a i 3 i i=1 alakban.

Triadikus ábrázolás II Tétel Az x [0, 1] szám pontosan akkor van benne C ben ha van olyan triadikus felírása, melyben nem szerepel 1 -es Következmény A Cantor halmaz nem megszámlálható.

Transzlációk I I Ha L R, s L, akkor az L + s = x + s : x L halmazt al L halmaz s el való eltoltjának nevezzük. Definiáljuk a következő sorozatokat : L 0 = 0, legyen továbbá s 0 = 2 3, és L k = L k 1 (L k 1 + s k 1 ), s k = s k 1 3 Legyen L = k=0 L k Tulajdonságok : L k elemszáma 2 k L k pontjai a C k beli intervallumok bal végpontjai, a C k -ból kihagyott intervallumok job végpontjai (plusz a 0) L k elemeinek triadikus felbontásában nincs 1 es

Transzlációk II Igaz-e, hogy L = C?

Transzlációk II Igaz-e, hogy L = C? Tétel Ha x eleme a Cantor halmaznak, akkor létezik L-ben olyan sorozat, amelyik x hez konvergál.

Transzlációk III Bizonyítás Ha x C, akkor x = i=1 a i 3 i, ahol a i csak 0, 2lehet.k >= 1 esetén legyenx k = k i=1 a i 3 i. Ekkor x k L k.továbbá: x x k = i=k+1 a i 3 i <= i=k+1 2 3 i = 2 3 (k+1) 2 3 = 3 k (1)

Iterált fügvényrendszerek I Definíció Legyenek r > 0 valamint a valós számok. Az f : R R, x r x + (1 r) a utasítással definiált függvényt r arányú, a középpontú dilatációnak vagy nyújtásnak nevezzük

Iterált fügvényrendszerek I Definíció Legyenek r > 0 valamint a valós számok. Az f : R R, x r x + (1 r) a utasítással definiált függvényt r arányú, a középpontú dilatációnak vagy nyújtásnak nevezzük Tekintsük a következő két dilatációt : f 1 (x) = x 3, f 2(x) = x+2 3. Nézzük a két függvény [0, 1] re való megszorítását!

Iterált fügvényrendszerek I Definíció Legyenek r > 0 valamint a valós számok. Az f : R R, x r x + (1 r) a utasítással definiált függvényt r arányú, a középpontú dilatációnak vagy nyújtásnak nevezzük Tekintsük a következő két dilatációt : f 1 (x) = x 3, f 2(x) = x+2 3. Nézzük a két függvény [0, 1] re való megszorítását! Tétel A Cantor halmazra teljesül a következő összefüggés : C = f 1 (C) f 2 (C) (2)

Iterált fügvényrendszerek II Bizonyítás. 1 Indukcióval : C k+1 = f 1 (C k ) f 2 (C k ) 2 Szokásos kétoldali tartalmazással

Iterált fügvényrendszerek II Bizonyítás. 1 Indukcióval : C k+1 = f 1 (C k ) f 2 (C k ) 2 Szokásos kétoldali tartalmazással

Iterált fügvényrendszerek II Bizonyítás. 1 Indukcióval : C k+1 = f 1 (C k ) f 2 (C k ) 2 Szokásos kétoldali tartalmazással

Iterált fügvényrendszerek II Bizonyítás. 1 Indukcióval : C k+1 = f 1 (C k ) f 2 (C k ) 2 Szokásos kétoldali tartalmazással Az (f 1, f 2 ) függvénypárt iterált függvényrendszernek nevezzük, a C halmaz ezen függvényrendszernek az invariáns halmaza, avagy attraktorja.

Sierpienski háromszög A konstrukció 1 Legyen az S 0 halmaz egy egyenlőoldalú háromszög, a háromszög belsejét is ideértve. Az oldalakat egységnek tekintjük 2 Felezzük meg minden oldalát, kössük össze az oldalfelezőket, hagyjuk el a középső háromszöget. Így kapjuk az S 1 halmazt. 3 S k+1 et úgy kapjuk S k ből, hogy mindene megmaradt háromszögön végrehajtjuk az előző eljárást. 4 S = i=0 S i

Sierpienski háromszög A konstrukció 1 Legyen az S 0 halmaz egy egyenlőoldalú háromszög, a háromszög belsejét is ideértve. Az oldalakat egységnek tekintjük 2 Felezzük meg minden oldalát, kössük össze az oldalfelezőket, hagyjuk el a középső háromszöget. Így kapjuk az S 1 halmazt. 3 S k+1 et úgy kapjuk S k ből, hogy mindene megmaradt háromszögön végrehajtjuk az előző eljárást. 4 S = i=0 S i

Sierpienski háromszög A konstrukció 1 Legyen az S 0 halmaz egy egyenlőoldalú háromszög, a háromszög belsejét is ideértve. Az oldalakat egységnek tekintjük 2 Felezzük meg minden oldalát, kössük össze az oldalfelezőket, hagyjuk el a középső háromszöget. Így kapjuk az S 1 halmazt. 3 S k+1 et úgy kapjuk S k ből, hogy mindene megmaradt háromszögön végrehajtjuk az előző eljárást. 4 S = i=0 S i

Sierpienski háromszög A konstrukció 1 Legyen az S 0 halmaz egy egyenlőoldalú háromszög, a háromszög belsejét is ideértve. Az oldalakat egységnek tekintjük 2 Felezzük meg minden oldalát, kössük össze az oldalfelezőket, hagyjuk el a középső háromszöget. Így kapjuk az S 1 halmazt. 3 S k+1 et úgy kapjuk S k ből, hogy mindene megmaradt háromszögön végrehajtjuk az előző eljárást. 4 S = i=0 S i

Sierpienski háromszög Egyszerű tulajdonságok 1 S k pontosan 3 k darab egybevágó háromszöget tartalmaz, oldalhosszaik 2 k 2 S területe 0 3 S kerülete

Sierpienski háromszög Egyszerű tulajdonságok 1 S k pontosan 3 k darab egybevágó háromszöget tartalmaz, oldalhosszaik 2 k 2 S területe 0 3 S kerülete

Sierpienski háromszög Egyszerű tulajdonságok 1 S k pontosan 3 k darab egybevágó háromszöget tartalmaz, oldalhosszaik 2 k 2 S területe 0 3 S kerülete

Sierpienski háromszög Iterált fügvényrendszerek A Cantor halmazhoz hasonlóan előállítható fügvényiterációk segítségével. Itt három dilatációra van szükségük, ezek nem mások, mint az S 0 csúcsaiból indított 1 2 arányú zsugorítással. Ha f 1, f 2, f 3 jelöli a három függvényt, akkor egyrészt S k+1 = f 1 (S k ) f 2 (S k ) f 3 (S k ), valamint S = f 1 (S) f 2 (S) f 3 (S)

Sierpienski háromszög Koordinátás megadás

A Sierpienski - szőnyeg és a Menger - szivacs A Sierpienski - szőnyeg és a Menger - szivacs Sierpinski - szőnyeg Egy egységnégyzetet felbontunk 3x3-as kis négyztetekre, majd kihagyjuk a középsőt. Ezután aez eljárást folytatjuk a megmaradt négyzetekkel. Területe : 0, kerülete : Menger - szivacs A Sierpienski szőnyeg térbeli megfelelője; Egy egységkockát bontunk az élek harmadolásával 27 kiskockára, majd kihagyjuk azokat, amelyeken a kocka középpontján áthaladó, lapokra merőleges egyenesek átmennek. 8 ilyen kiskocka esik ki. Majd az eljárást folytatjuk. Térfogat : 0, felszín :

A Sierpienski - szőnyeg és a Menger - szivacs A Sierpienski - szőnyeg és a Menger - szivacs Sierpinski - szőnyeg Egy egységnégyzetet felbontunk 3x3-as kis négyztetekre, majd kihagyjuk a középsőt. Ezután aez eljárást folytatjuk a megmaradt négyzetekkel. Területe : 0, kerülete : Menger - szivacs A Sierpienski szőnyeg térbeli megfelelője; Egy egységkockát bontunk az élek harmadolásával 27 kiskockára, majd kihagyjuk azokat, amelyeken a kocka középpontján áthaladó, lapokra merőleges egyenesek átmennek. 8 ilyen kiskocka esik ki. Majd az eljárást folytatjuk. Térfogat : 0, felszín :

A Koch - görbe A Koch görbe