Математические байки – Telegram
Математические байки
4.3K subscribers
1.44K photos
15 videos
27 files
914 links
Рассказы про разную математику.

Архив: http://dev.mccme.ru/~merzon/mirror/mathtabletalks/
Download Telegram
Давайте теперь перейдём к самой левой точке кардиоиды, c=-3/4, для которой неподвижной будет точка z_0=-1/2 с производной (-1). И, опять же, посмотрим, что там происходит.
Как и раньше — посмотрим сначала, что происходит рядом с самой точкой z_0, работая в координате w=z-z_0.
Вообще — это хороший момент, чтобы сказать, что для квадратичных отображений есть разные естественные параметризации. Можно смотреть на отображение
z->z^2+c,
взяв за начало координат точку, где производная обращается в 0 (и попросив, чтобы z^2 было с коэффициентом 1).
Можно вместо этого сдвинуть начало координат в неподвижную точку; получится отображение
w->λw+w^2.
Правда, поскольку неподвижных точек две, одной точке c соответствуют два разных λ. Зато обратно пересчитывать очень просто — и мы это уже делали, когда находили кардиоиду: точка с производной λ в c-координате это z=λ/2, и чтобы она была неподвижной для z->z^2+c, нужно взять
c=λ/2 - (λ/2)^2.
Наконец, можно сделать в координате w линейную замену — и вместо отображения
w->λw+w^2
получить отображение с любым другим коэффициентом при w.
Например, попросить, чтобы он равнялся (-λ) — или, что то же самое, принести в 1 второй прообраз неподвижной точки 0. И тогда получается логистическое отображение
w-> λw(1-w).
И есть картинка, которую всегда с логистическим отображением рисуют — где по оси абсцисс возможные значения λ, а по оси ординат — предельный режим, на который она выходит:
Так вот — эта картинка обязана быть связанной с множеством Мандельброта, раз одно отображение из другого получается заменой координат. И действительно:
Математические байки
Давайте теперь перейдём к самой левой точке кардиоиды, c=-3/4, для которой неподвижной будет точка z_0=-1/2 с производной (-1). И, опять же, посмотрим, что там происходит.
Так вот, давайте поймём, что же происходит. Будем работать с отображением
w-> λw+w^2;
для него c=-3/4 соответствует λ=-1, то есть мы итерируем
w-> -w+w^2,
и хотим понять, что будет происходить рядом с его неподвижной точкой w=0.
Для начала возведём это отображение в квадрат — применим его два раза:
Если раскрыть скобки, то -(-w)=w, квадратичные члены сократятся, и останется
w-> w -2w^3 +w^4.
То есть на вещественной прямой рядом с неподвижной точкой w=0 точки к ней приближаются — потому что w^3 того же знака, и вычитается.
А как вообще ведут себя рядом с w=0 итерации отображения
w->w + a w^n + ... ?
(Наш случай — n=3 и a=-2)
Как и раньше, приблизим итерации отображения
w->w+a w^n+...
траекториями движения вдоль векторного поля
w'=a w^n
(выкинув из векторного поля все старшие члены).
Математические байки
Photo
И если мы возьмём u=w^{-(n-1)}, то
u'=- (n-1) w'/w^n = -a (n-1).
То есть в u-координате у нас опять движение с постоянной скоростью из бесконечности в бесконечность, но когда мы вернёмся в координату w, нам придётся перейти к обратной величине 1/u (от чего образуются окружности, которые мы уже видели) и извлечь корень (n-1)-й степени (от чего вся картинка сожмётся по углу в (n-1) раз и (n-1) раз повторится).
И мы увидим то, что называется цветок Ло-Фату; я приведу картинку из "Голоморфной динамики" Милнора, которую я тут уже упоминал:
Математические байки
Photo
Тут как притягивающих, так и отталкивающих лепестков n-1=3 — то есть это картина для n=4, например, для отображения
z->z - z^4
(я выбрал знак минус, чтобы правый лепесток, содержащий вещественные положительные числа, действительно получился притягивающим, а не отталкивающим).