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Mandelbrot集三大奇观

已有 12666 次阅读 2013-4-16 16:19 |系统分类:科普集锦

Mandelbrot集是二维复平面上的分形数集,1980前后发现,堪称人类认识数学存在的一个里程碑。它是由一个简单复函数f(Z)=Z2+C迭代运算而形成的收敛数集(Z是迭代复变数,C是点位复常数),谁做这样的迭代运算都能得到形态一样的数集,见下图,这便是Mandelbrot集。

Mandelbrot集给人们带来了一系列未解之谜,至今数学家对此仍是惊讶有余解惑不足。最让人叹为观止的是它的三大奇观。

奇观之一:无数枝丫竟按自然数规律生长排列。

在其心形板块边沿,大大小小地排列着无数球形芽苞,每个芽苞顶端都会长出枝丫。这些枝丫具有树形结构向枝梢末端分杈延伸,恰这分叉数是天生不变的,使每棵枝丫具有自己的鲜明特征。单个枝丫的分叉数对应一个自然数(见图:Mandelbrot30分叉枝丫局部),全体枝丫的分杈数遍历全部自然数。并且枝丫生长的位置很有规律,是按自然数排列的,一层的吻合自然数的递变顺序,深层的吻合自然数运算规律。

奇观之二:无数子集与全集相似且代代相传。

在那些枝丫上像结着果实那样生长着许多团状子集,形态都与Mandelbrot集相似(见图:Mandelbrot3分叉枝丫上的相似子集),就像无数幼仔跟随在母体身旁。那子集大小各异,形态不完全一样,细微之处各有特点。子集没有最小的,总有更小的,随意放大枝丫局部总会有更小的相似子集显现出来。子集身边还带有下一代相似子集,子子孙孙的n代同堂。

奇观之三:无限细腻的结构美妙不重复。

Mandelbrot集身边各处美景不可尽收眼底,在一定分辨率下只能看到一定的图形(见图:Mandelbrot集放大245次方倍局部),要看更精细的结构需要更高的分辨率。有人放大2256倍所见图形新异变化竟没有重复。理论上她具有无限精细结构,可以任由你放大观看,因为她是实数运算的结果,不同精度的实数对应不同精度的结构,无限精度的实数就有无限精度的结构。所以Mandelbrot集美妙结构无限,这个世界真比我们所认知的宇宙还大!



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