Ôðàêòàëüíîñòü íàòóðàëüíûõ ÷èñåë |
|
Öèòàòà èç äíåâíèêà Jyj http://www.liveinternet.ru/users/jyj/post138764691/ |
Ôðàêòàëüíîñòü íàòóðàëüíûõ ÷èñåë

Î÷åíü ìîäåí íûí÷å òåðìèí – ôðàêòàë, ôðàêòàëüíîñòü, â ñìûñë êîòîðîãî, êàê ïðàâèëî, âêëàäûâàåòñÿ ïðèíöèï ñàìîïîäîáèÿ, ò.å. ýòî êîãäà ÷àñòü\÷àñòè íåêîãî îáúåêòà ïîäîáíà\û ñàìîìó îáúåêòó. Ïîäðîáíåå (êîìó ýòî èíòåðåñíî) ìîæåòå ïîçíàêîìèòñÿ ñ ìàòåðèàëàìè â ñåòè Èíòåðíåò. Îäíî èç íå ñòðîãèõ îïðåäåëåíèé ôðàêòàëà, çâó÷èò ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Ôðàêòàëàëîì íàçûâàåòñÿ ñòðóêòóðà, ñîñòîÿùàÿ èç ÷àñòåé, êîòîðûå â êàêîì-òî ñìûñëå ïîäîáíû öåëîìó.
ß õî÷ó ðàññêàçàòü î âåùàõ, êîòîðûå â êîíöå 70 ãîäîâ ìíå ïðèøëè â ãîëîâó, è â äàëüíåéøåì äîñòàòî÷íî îñíîâàòåëüíî èçìåíèëè ìîè âçãëÿäû è ïîíèìàíèå, ÍÀ - ÷òî òàêîå ÷èñëî, è êàê ñëåäñòâèå, ÷òî ÆÚ èç ñåáÿ ïðåäñòàâëÿåò îêðóæàþùåå ïðîñòðàíñòâî. Ðàññêàæó, è ïîêàæó íà ïðèìåðàõ êàê èíà÷å ìîæíî èíòåðïðåòèðîâàòü íàòóðàëüíûå ÷èñëà? ×òî îíè èç ñåáÿ ïðåäñòàâëÿþò åñëè íà íèõ âçãëÿíóòü â «ïëîñêîñòè ñàìîïîäîáíûõ îáúåêòîâ» - ôðàêòàëîâ íàòóðàëüíûõ ÷èñåë.
×åëîâåê, â ñâîåé æèçíè, êîëè÷åñòâåííî ìåðèò ìíîãîå. Íàïðèìåð, äëèíó ïðîéäåííîãî èëè ïðåäñòîÿùåãî ïóòè, ïëîùàäü ñîáñòâåííîãî äà÷íîãî ó÷àñòêà, èëè ÷óæèå ãåêòàðû ïîëåé, îáúåì âûïèòîé æèäêîñòè èëè êóáîìåòðû ñâàëåííîãî ìóñîðà.  ðåçóëüòàòå èçìåðåíèé\âû÷èñëåíèé èòîãîì ñëóæèò êàê ïðàâèëî ÷èñëî. Õîòÿ áûâàåò è «ìíîãî» èëè «ìàëî», ò.å. ðåçóëüòàò íå â âèäå ÷èñëà. Ðàññìîòðèì îòðåçîê ïðÿìîé ëèíèè ñîñòîÿùèé èç 5 îäèíàêîâûõ îòðåçêîâ.


Åñëè êðàñíûé îòðåçîê, ÿâëÿþùèéñÿ ÷àñòüþ çàäàííîãî îòðåçêà óâåëè÷èòü â ïÿòü ðàç èëè ïÿòü ðàç ñëîæèòü åãî ñ ñàìèì ñîáîé âäîëü ïðÿìîé, òî â ðåçóëüòàòå ïîëó÷èòñÿ çàäàííûé îòðåçîê. Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî êðàñíûé îòðåçîê ïîäîáåí çàäàííîìó îòðåçêó ñ êîýôôèöèåíòîì ïîäîáèÿ ðàâíûì 5. Èñõîäíûé îòðåçîê ñàìîìïîäîáåí, ò.å. ñîñòîèò èç ÷àñòåé ïîäîáíûõ èñõîäíîìó îòðåçêó. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò ñëåäóþùåé çàïèñè â ìàòåìàòè÷åñêîì âèäå:
N = 5*a
ãäå N è a – ÷èñëà.
Ïóñòü, ñîãëàñíî íåêîòîðûõ ñîîáðàæåíèé ó íàñ ïîëó÷èëîñü, ÷òî N = 15.
Åñëè ðàññìàòðèâàòü â îáùåì ñëó÷àå, à íå êîíêðåòíî äàííûé ïðèìåð ñ îòðåçêîì, òî íå âàæíî, î ÷¸ì îíî ýòî ÷èñëî ãîâîðèò. Ïðîñòî 15 è âñ¸. Ïîñìîòðèì ìîæíî ëè ê ýòîìó ÷èñëó ïðèìåíèòü ïðèíöèï ñàìîïîäîáèÿ. Åñëè íåêèé öåëîñòíûé îáúåêò, ñîñòîèò èç ÷àñòåé, êîòîðûå åìó ïîäîáíû, òî îí óìåùàåòñÿ â ýòîò îáúåêò ïîëíîñòüþ íåñêîëüêî ðàç. Êàê íàïðèìåð êâàäðàòèê ñî ñòîðîíîé ðàâíîå 1 óìåùàåòñÿ â êâàäðàòèê ñî ñòîðîíîé ðàâíîé 2 - 4 ðàçà. Êîëè÷åñòâî ðàç, êîòîðîå ÷àñòü óìåùàåòñÿ â öåëîì, ÷èñëî ñòðîãî íàòóðàëüíîå. ×èñëî 15 èìååò äâà ñîìíîæèòåëÿ 3 è 5. Ïðè ïðîèçâåäåíèè êîòîðûõ, âûïîëíÿåòñÿ ðàâåíñòâî:
15 = 3*5
Íàì èç øêîëû èçâåñòíî, ÷òî íåâàæíî êàê çàïèñàòü, 3 óìíîæèòü íà 5 èëè 5 óìíîæèòü íà 3, ðåçóëüòàò îäèí è òîò æå, ò.å. ñïðàâåäëèâî ðàâåíñòâî:
3*5=5*3
 àêñèîìàòè÷åñêîì ïîëå, äàííàÿ çàïèñü ñïðàâåäëèâà íà îñíîâàíèè çàêîíà êîììóòàòèâíîñòè.
Åñëè ÷èñëî 15 èìååò 5 îäèíàêîâûõ ñîñòàâíûõ ÷àñòåé, òî õàðàêòåðèñòèêîé åãî ÷àñòè áóäåò ÷èñëî 3. Åñëè ÷èñëî 15 èìååò 3 îäèíàêîâûõ ñîñòàâíûõ ÷àñòè, òî õàðàêòåðèñòèêîé åãî ÷àñòè â ýòîì ñëó÷àå áóäåò ÷èñëî 5. Òàêîå ðàññóæäåíèå ïðèâîäèò ê ñëåäóþùèì âûâîäàì:
1.Åñëè 15 ñîñòîèò èç 5 ÷àñòåé òî 3 òîæäåñòâåííî 15
2.Åñëè 15 ñîñòîèò èç 3 ÷àñòåé òî 5 òîæäåñòâåííî 15
 äàííîì ñëó÷àå çàêîí êîììóòàòèâíîñòè íå ñîâñåì î÷åâèäåí, õîòÿ ðåçóëüòàò îäèíàêîâûé, òàê êàê ñìûñë âêëàäûâàåìûé â ñîìíîæèòåëè ðàçíûé. Åñëè ïîçèöèîíèðîâàòü äàííóþ çàïèñü, äîïóñòèì, ïåðâûì ïèøåòñÿ ÷èñëî ðàç, à âòîðûì õàðàêòåðèçóþùèå ÷èñëî èñõîäíîãî ïîäîáèÿ, òî çàêîí êîììóòàòèâíîñòè íå âûïîëíÿåòñÿ, ò.å. 3*5 íå ðàâíî 5*3.
Ðàññìîòðèì 1 âûâîä, òàê êàê â íàøåì ïðèìåðå ñ îòðåçêîì èñõîäíîå ïîäîáèå 3 óêëàäûâàåòñÿ â èñõîäíûé îáúåêò 5 ðàç. Çàäàäèìñÿ ñëåäóþùèì âîïðîñîì: Åñëè ÷àñòü ïîäîáíà öåëîìó, òî ìîæåò ÷àñòü òàê æå ñîñòîèò èç ïîäîáíûõ ÷àñòåé? Äîïóñòèì äà. Òîãäà èñõîäíûì îáúåêòîì óæå ñëóæèò, ÷èñëî 3, à èñõîäíûì ïîäîáèåì íåêîå ÷èñëî a(1), òîãäà áóäåò ñïðàâåäëèâà ñëåäóþùàÿ çàïèñü:
3 = 5*a(1)
ãäå à(1) åñòü ÷èñëîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà èñõîäíîãî ïîäîáèÿ , èç êîòîðîé ñîñòîèò îáúåêò õàðàêòåðèçóþùèéñÿ ÷èñëîì 3. Êîýôôèöèåíò ïîäîáèÿ îñòà¸òñÿ ïðåæíèì, òåì ñàìûì ñîõðàíÿåòñÿ ñòðóêòóðíîå ôîðìèðîâàíèå öåëîãî.
Ïðèìå÷àíèå:
Áîëüøîå â ìàëîì è ìàëîå â áîëüøîì! èëè Áîëüøîå ïîäîáíî ìàëîìó, òàê æå êàê è ìàëîå ïîäîáíî áîëüøîìó!.
Ïðîäîëæèì ïðîöåññ äàëåå:
à(1) = 5*à(2)
à(2 )= 5*à(3)
 îáùåì âèäå ýòî áóäåò âûãëÿäåòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:
à(n) = 5*a(n+1)
a(n+1) = 5*a(n+2)
Åñëè â ýòèõ ðàâåíñòâàõ ñäåëàòü çàìåíó a(n+1) íà åãî çíà÷åíèå, îïðåäåëÿåìîå íà ïîñëåäóþùåì øàãå, òî ïîëó÷èì ñëåäóþùåå ðàâåíñòâî:
3=5^n*a(n)
Çàìåíèì õàðàêòåðèçóþùåå ÷èñëî èñõîäíîãî ïîäîáèÿ 3, íà îòíîøåíèå N/5. Ïîëó÷èì ðàâåíñòâî, â êîòîðîì èñêëþ÷åíû õàðàêòåðèñòè÷åñêèå ÷èñëà èñõîäíîãî ïîäîáèÿ.
N/5 = 5^n*a(n) èëè N = 5^(n+1)*a(n).
 ýòîì ðàâåíñòâå n+1 – îáîçíà÷èì, ÷åðåç r (n + 1 = r èëè n = r - 1). Ýòî íàòóðàëüíîå ÷èñëî, ãîâîðÿùåå íàì î òîì ñêîëüêî ðàç ÷àñòü èñõîäíûé ñàìîïîäîáíûé îáúåêò 15 ðàçáèâàëñÿ íà ïîäîáíûå ÷àñòè. Èç ïîñëåäíåãî ðàâåíñòâà ìîæíî îïðåäåëèòü õàðàêòåðèçóþùåå ÷èñëî a(r-1) êàê:
a(r-1) = N/5^r.
Äëÿ ïåðâûõ òð¸õ çíà÷åíèé r = {1, 2, 3} áóäóò ÷èñëà:
a(0) = 3, a(1) = 15/25 = 3/5, a(2) = 15/125 = 3/25
 êà÷åñòâå ðåçóëüòàòà ïîëó÷èëè ðàöèîíàëüíûå äðîáè, äëÿ êîòîðûõ ñïðàâåäëèâà çàïèñü:
3/25 -> 3/5 -> 3 -> 15
Ò.å. âñå ýòè ÷èñëà òîæäåñòâåííû, åñëè îíè óêëàäûâàëèñü íà êàæäîì ýòàïå ôîðìèðóÿ ñàìîïîäîáíûå îáúåêòû ñ êîýôôèöèåíòîì ïîäîáèÿ ðàâíûì 5.
Ïðåäñòàâèì òàêîé ìèð, â êîòîðîì õàðàêòåðèçóþùèå ÷èñëà íåêèõ «ýëåìåíòàðíûõ» ÷àñòåé âñåãäà ðàâíû 1. À äàëåå îíè íåäåëèìû! Äîïóñòèì åäèíè÷íûé îòðåçîê, åäèíè÷íàÿ ïëîùàäü, åäèíè÷íûé ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä. Èç ýòèõ åäèíè÷íûõ îáúåêòîâ ïî îïðåäåë¸ííûì ïðàâèëàì ñòðîÿòñÿ áîëåå ñëîæíûå, ñàìîïîäîáíûå (ôðàêòàëüíûå) îáúåêòû.  ðàññìàòðèâàåì ìíîþ, ñëó÷àå ýòî îçíà÷àåò, ÷òî a(n-1) = 1. Ò.å. ñóùåñòâóåò òàêîé ýòàï ðàçáèåíèÿ ñàìîïîäîáíîãî îáúåêòà, ïðè êîòîðîì ìû äîøëè äî åäèíè÷íîãî ðàçìåðà, êîòîðûé äàëåå íåäåëèì. Ñàìîïîäîáèå çàêîí÷èëîñü! Íàì íåîáõîäèìî íàéòè r. Îïðåäåëÿåòñÿ îíî â íàøåì ïðèìåðå èç ðàâåíñòâà:
1 = N/5^r, êàê r = ln(N)/ln(5) =1.682606195 , ãäå ln – íàòóðàëüíûé ëîãàðèôì.
×òî æå ýòî ïîëó÷àåòñÿ â ðåçóëüòàòå? Âðîäå r äîëæíî áûòü ÷èñëî íàòóðàëüíîå, à ïîëó÷èëîñü íå íàòóðàëüíîå. Êàê ïîíèìàòü íå öåëîå êîëè÷åñòâî ýòàïîâ ðàçáèåíèÿ ñàìîïîäîáíîãî îáúåêòà íà ïîäîáíûå ÷àñòè? Íà ýòîò âîïðîñ ÿ íàø¸ë îòâåò, íî îá ýòîì ðàññêàæó êàê-íèáóäü ïîïîçæå.  êëàññè÷åñêîé òåîðèè ôðàêòàëîâ, r – îïðåäåëÿåòñÿ êàê ðàçìåðíîñòü ìåðû.
Åñëè ðàññìîòðåòü âûâîä 2, òî r áóäåò ðàâíî:
1 = 15/3^r, êàê r = ln(15)/ln(3) = 2.46497352…
 îáùåì ñëó÷àå, åñëè çàäàíî íåêîå íàòóðàëüíîå ÷èñëî N = k*Y, ãäå k - êîýôôèöèåíò ïîäîáèÿ, òî ñïðàâåäëèâî äëÿ êëàññè÷åñêîãî îïðåäåëåíèÿ â òåîðèè ôðàêòàëîâ «ðàçìåðíîñòè ìåðû» ñëåäóþùåå ðàâåíñòâî:
r = ln(N)/ln(k)
Äëÿ ïðîñòûõ ÷èñåë (3, 5, 7, 11 è ò.ä.) n = 0, ò.å. ïðîñòîå ÷èñëî êàê îáúåêò - òàê æå ïðîñò, åãî èñõîäíîå ïîäîáèå ðàâíî 1.
 êà÷åñòâå åù¸ îäíîãî ïðèìåðà ïðèâåäó ÷èñëî 231, êîòîðîå â êà÷åñòâå íàòóðàëüíûõ ñîìíîæèòåëåé èìååò ÷èñëà 3, 7, 11.
 ýòîì ñëó÷àå â êà÷åñòâå êîýôôèöèåíòîâ ïîäîáèÿ ìîãóò ñëóæèòü óæå íå äâà ÷èñëà, êàê â âåðõíåì ïðèìåðå, à 6 ÷èñåë:
k1 = 3
Y1 = 77 – ïîäîáèå òàê æå ÿâëÿåòñÿ ñàìîïîäîáíûì îáúåêòîì
k2 = 7
Y2 = 33 – ïîäîáèå òàê æå ÿâëÿåòñÿ ñàìîïîäîáíûì îáúåêòîì
k3 = 11
Y3 = 21 – ïîäîáèå òàê æå ÿâëÿåòñÿ ñàìîïîäîáíûì îáúåêòîì
k4 = 3*7 = 21, Y4 = 11
k5 = 3*11 = 33, Y5 = 7
k6 = 7*11 = 77, Y6 = 3
Äëÿ ýòèõ âàðèàíòîâ «ðàçìåðíîñòü ìåðû» áóäóò ñëåäóþùèå:
r1 = ln(231)/ln(3) = 4.953902087
r2 = ln(231)/ln(7) = 2.79684944
r3 = ln(231)/ln(11) = 2.269664473
r4 = ln(231)/ln(21) = 1.787609657
r5 = ln(231)/ln(33) = 1.556529656
r6 = ln(231)/ln(77) = 1.25291471
Ïðîäîëæåíèå ñëåäóåò
Ñåðèÿ ñîîáùåíèé "Ìàòåìàòèêà":
×àñòü 1 - ×èñëî Ïè
×àñòü 2 - Ãðåêî-ëàòèíñêèé êâàäðàò
...
×àñòü 4 - Ñèñòåìû èñ÷èñëåíèÿ
×àñòü 5 - Ñåìü ðàç îòìåðü – îäèí ðàç îòðåæü!
×àñòü 6 - Ôðàêòàëüíîñòü íàòóðàëüíûõ ÷èñåë
| Ðóáðèêè: | Æû Æú (Jyj) |
| Êîììåíòèðîâàòü | « Ïðåä. çàïèñü — Ê äíåâíèêó — Ñëåä. çàïèñü » | Ñòðàíèöû: [1] [Íîâûå] |