Download
1 / 8
80 likes | 215 Views
Fraktálok alaptulajdonságainak bemutatása a háromszögképzésű „Koch sziget” példáján. A hatágú csillag (12 oldalú poligon) kerülete K 1 = ( 4 / 3 )K 0 = 4, területe pedig T 1 = T 0 + ( 3 / 9 )T 0 = T 0 (1+ 1 / 3 ). Az 1. rendű Koch sziget. T0=0.433... K0=3.
E N D
Fraktálok alaptulajdonságainak bemutatása a háromszögképzésű „Koch sziget” példáján. A hatágú csillag (12 oldalú poligon) kerülete K1= (4/3)K0=4, területe pedig T1= T0+ (3/9)T0= T0(1+1/3). Az 1. rendű Koch sziget T0=0.433... K0=3 • A fraktálok tulajdonságait jól tanulmányozhatjuk egy egyszerű, absztrakt mo-dell, a Koch sziget példáján. Vegyünk egy egységnyi oldalhosszú egyenlőol-dalú háromszöget. Ennek területe T0= (1/2) sin600, a kerülete pedig K0=3. • Az alapháromszög minden oldalát osszuk három egyenlő részre, és a közép-ső szakaszok fölé szerkesszünk egy -egy (tehát összesen 3 darab) harmad-akkora, azaz 1/3 oldalhosszú és (1/9)T0 területű egyenlőoldalú háromszöget.
Fraktálok alaptulajdonságainak bemutatása a háromszögképzésű „Koch sziget” példáján. A 48 oldalú poligon kerülete K2= (4/3)K1=(16/9)K0=5.33, területe pedig T2=T1+(12/81)T0 =T0 (1+1/3+12/81). T0=0.433 K0=3 A 2. rendű Koch sziget • Az új idom (a hatágú csillag) minden oldalát osszuk ismét három egyenlő szakaszra, és a középső szakaszok fölé szerkesszünk ismét egy-egy (tehát összesen 12 darab) szabályos háromszöget! Ezek mindegyikének oldal-hossza így 1 /9, területe pedig (1/81)T0 lesz.
Fraktálok alaptulajdonságainak bemutatása a háromszögképzésű „Koch sziget” példáján. A 3. rendű Koch sziget A 192 oldalú poligon kerülete K3= (4/3)K2=(64/27)K0=7.11, területe pedig T3= T2+(48/6561)T0 = T0 (1+1/3+12/81 + + 48/6561). T0=0.433 K0=3 • Az új idom (a 48 oldalú poligon) minden oldalát osszuk ismét három egyenlő szakaszra, és a középső szakaszok fölé szerkesszünk ismét egy-egy (tehát összesen 48 darab) szabályos háromszöget! Ezek mindegyikének oldal-hossza így 1 /81, területe pedig (1/6561)T0 lesz. Az így nyert 192 oldalúpoli-gon, a „harmad rendű Koch sziget”, már kezdi érzékeltetni a kerület, azaz a „partvonal” egyre finomabb szerkezetét.
Fraktálok alaptulajdonságainak bemutatása a háromszögképzésű „Koch sziget” példáján. • Az előző számítások tanulságai alapján általános szabályt állíthatunk fel az n-ed rendű Koch szigetet alkotó poligon adatainak számítására. • Oldalak ill. csúcsok száma: on=3*4n; egy oldal hossza: hn=(1/3)n . • Kerület: Kn=3*(4/3)n . • Terület: Tn =Tn-1+on-1*T0*(hn)2=Tn-1+3*4n-1 *T0*(1/3)2n • = T0*{1+ 1/3*[1 + 4/9 + 16/81 + 64/729 +... + (4/9)n-1] }. • Láthatjuk, hogy ha n növekszik Kn minden határon túl nől, mig a Tn terü-let korlátos marad. A Tnképletében ugyanis a szögletes zárójelben egy olyan geometriai sor áll, amelynek összege bármilyen nagy n esetén is véges, nem éri el 1.8 - at, a 4/9 quotiensű végtelen mértani sor összegét. • A Koch sziget finomításánál hasonló jelenség nyilvánul meg, mint ami-kor egy „igazi” sziget partvonalát egyre részletesebb térképen mérjük.
Fraktálok alaptulajdonságainak bemutatása a háromszögképzésű „Koch sziget” példáján. A szerkesztés kiindulásául szolgáló egyenlőoldalú háromszög területe T0= (1/2)*sin600. • Amikor az alapháromszög oldalait három egyenlő részre osztottuk, az 1/3 oldal-hosszú kis háromszög területét (1/9)T0 -lal számoltuk, azaz figyelembe vettük, hogy a területet nem a hosszegységgel, hanem annak négyzetével kell mérni. Ezt a szabályt elemi tanulmányaink során azzal indokoltuk, hogy az 1/3 oldal-hosszú kis háromszögből 32=9 darab tölti ki maradéktalanul az eredeti egység-oldalú háromszöget, igy akkor kapunk a felosztástól függetlenül azonos ered-ményt, ha területmérésnél is a hosszúság második hatványával dolgozunk.
Fraktálok alaptulajdonságainak bemutatása a háromszögképzésű „Koch sziget” példáján. A szerkesztés kiindulásául szolgáló egyenlőoldalú háromszög területe T0= (1/2)*sin600. 1/4 • Ha kerületszámításnál is azt az elvet kívánjuk követni, hogy a Koch sziget mind finomabb felosztású megszerkesztése során a kerület mérőszáma ne változzék, akkor egy-egy kis oldal mérőszámát valamilyen mértkegységben mérve 1/4 -re kell választanunk, mivel szerkesztésünk szerint 4 új kis oldal felel meg egy eredeti egységnyi hosszú oldalnak. Az 1/4 számot azonban nem tekinthetjük egyszerűen úgy, hogy az hosszegységben van mérve, hiszen a kis oldal hossza 1/3 .
Fraktálok alaptulajdonságainak bemutatása a háromszögképzésű „Koch sziget” példáján. A szerkesztés kiindulásául szolgáló egyenlőoldalú háromszög területe T0= (1/2)*sin600. 1/4 • Annak mintájára, hogy a terület mérésére is a hosszegység egy megfelelő hatványa (nevezetesen a második hatványa) bizonyul megfelelőnek, keressük meg, van e a hosszegységnek olyan D- edik hatványa, amely ben az 1/3 hosszúságú oldal mérőszáma éppen 1/4 lenne • (1/3)D = 1/4 D *(- log 3) = - log 4 D = log 4/log 3 = 1.261856.
Fraktálok alaptulajdonságainak bemutatása a háromszögképzésű „Koch sziget” példáján. T0=0.433 K0=3 • A hosszegység egész értékű hatványait (D=1, 2, 3, ...) az 1, 2, 3, stb. dimenziós terek alakzatainak (szakasz, síkidom, test, stb) mérőszámául használjuk. Vannak a természetben olyan alakzatok, amelyek mérőszámául törtdimenziós hatványt célszerű választani. Ezek a fraktálok. Absztrakt és szabatos geometriai fraktálmodellek is szerkeszthetők, egy ilyen a vizsgált Koch sziget, amelynek kerülete D = 1.261856 dimenziós fraktálalakzat.
