Μιγαδικό τετραγωνικό πολυώνυμο

Ένα μιγαδικό τετραγωνικό πολυώνυμο είναι ένα τετραγωνικό πολυώνυμο του οποίου οι συντελεστές και η μεταβλητή είναι μιγαδικοί αριθμοί.

 Ιδιότητες 
Τα τετραγωνικά πολυώνυμα έχουν τις ακόλουθες ιδιότητες, ανεξάρτητα από τη μορφή τους:

 Είναι μονοκρίσιμο πολυώνυμο, δηλαδή έχει ένα μόνο πεπερασμένο κρίσιμο σημείο στο μιγαδικό επίπεδο. Το δυναμικό επίπεδο αποτελείται από 2 το πολύ λεκάνες: τη λεκάνη του απείρου και τη λεκάνη του πεπερασμένου κρίσιμου σημείου (αν το πεπερασμένο κρίσιμο σημείο δεν διαφεύγει).
 Μπορεί να είναι μετα-κριτικά πεπερασμένο, δηλαδή η τροχιά του κρίσιμου σημείου μπορεί να είναι πεπερασμένη, επειδή το κρίσιμο σημείο είναι περιοδικό ή προ-περιοδικό.
 Είναι μονότροπη συνάρτηση,
 Είναι Ρητή συνάρτηση,
 Είναι ολοκληρωμένη συνάρτηση.

 Τύποι 
Όταν το τετραγωνικό πολυώνυμο έχει μόνο μία μεταβλητή (μονομεταβλητό), υπάρχουν τέσσερις κύριες μορφές:

 Η γενική μορφή:  όπου 
 Η παραγοντική μορφή που χρησιμοποιείται για τον λογιστικό χάρτη: 
  που έχει αδιάφορο σταθερό σημείο με πολλαπλασιαστή  στην αφετηρία 
 Το μονικό πολυώνυμο και η κεντροποιημένη μορφή, 

Η μονική και κεντραρισμένη μορφή έχει μελετηθεί εκτενώς και έχει τις ακόλουθες ιδιότητες:

 Είναι η απλούστερη μορφή μιας μη γραμμικής συνάρτησης με έναν συντελεστή (παράμετρος),
 Είναι ένα κεντραρισμένο πολυώνυμο (το άθροισμα των κρίσιμων σημείων του είναι μηδέν).Bodil Branner: Holomorphic dynamical systems in the complex plane. Mat-Report No 1996-42. Technical University of Denmark
 Είναι διωνυμικό (πολυώνυμο)

Η μορφή λάμδα  είναι:
 η απλούστερη μη τετριμμένη διαταραχή του αδιατάρακτου συστήματος 
 "η πρώτη οικογένεια δυναμικών συστημάτων στην οποία είναι γνωστές ρητές αναγκαίες και ικανές συνθήκες για το πότε ένα πρόβλημα μικρού διαιρέτη είναι σταθερό"Dynamical Systems and Small Divisors, Editors: Stefano Marmi, Jean-Christophe Yoccoz, page 46

 Συζυγία 
 Μεταξύ σχημάτων 
Δεδομένου ότι το  είναι συζυγές με τη γενική μορφή του τετραγωνικού πολυωνύμου χρησιμοποιείται συχνά για τη μελέτη της σύνθετης δυναμικής και για τη δημιουργία εικόνων των συνόλων Μάντελμπροτ, Julia και Φατού.

Εάν επιθυμούμε αλλαγή από  σε :

Όταν θέλουμε να μεταβούμε από το  στο , ο μετασχηματισμός των παραμέτρων είναι

και ο μετασχηματισμός μεταξύ των μεταβλητών στο  και  είναι

 Με διπλασιασμό χάρτη 
Υπάρχει ημι-συζυγία μεταξύ του δυαδικού μετασχηματισμού (του χάρτη διπλασιασμού) και της τετραγωνικής πολυωνυμικής περίπτωσης του c = –2.

 Συμβολισμός 
 Επανάληψη 
Εδώ  δηλώνει την n-th επαναλαμβανόμενη τιμή της συνάρτησης :

οπότε

Λόγω πιθανής σύγχυσης με την εκθετικοποίηση, ορισμένοι συντάκτες γράφουν  για την nth επαναλαμβανόμενη επανάληψη της .

 Παράμετρος 
Η μονική και κεντροποιημένη μορφή  μπορεί να σημειωθεί με:
 την παράμετρο 
 την εξωτερική γωνία  της ακτίνας που προσγειώνεται:
 στο c στο σύνολο Μάντελμπροτ του επιπέδου παραμέτρων
 στην κρίσιμη τιμή: z = c στο σύνολο Julia του δυναμικού επιπέδου

οπότε :

Παραδείγματα:
 Το c είναι το σημείο προσγείωσης της 1/6 εξωτερικής ακτίνας του συνόλου Μάντελμπροτ και είναι  (όπου i^2=-1)
 c είναι το σημείο προσγείωσης της 5/14 εξωτερικής ακτίνας και είναι  με 

 Χάρτης 
Η μονική και κεντραρισμένη μορφή, που μερικές φορές ονομάζεται οικογένεια τετραγωνικών πολυωνύμων Ντουάντι-Χάμπαρντ,Yunping Jing : Local connectivity of the Mandelbrot set at certain infinitely renormalizable points   Complex Dynamics and Related Topics, New Studies in Advanced Mathematics, 2004, The International Press, 236-264 χρησιμοποιείται συνήθως με μεταβλητή  και παράμετρο :

Όταν χρησιμοποιείται ως συνάρτηση εξέλιξης του διακριτού μη γραμμικού δυναμικού συστήματος



ονομάζεται τετραγωνικός χάρτης:

Το σύνολο Μάντελμπροτ είναι το σύνολο των τιμών της παραμέτρου c για τις οποίες η αρχική συνθήκη z0 = 0 δεν προκαλεί απόκλιση των επαναλήψεων στο άπειρο.

 Κρίσιμα στοιχεία 
 Κρίσιμα σημεία 
 Σύνθετο επίπεδο 
Κρίσιμο σημείο της  είναι ένα σημείο  στο δυναμικό επίπεδο τέτοιο ώστε η παράγωγος να εξαφανίζεται:



Από το



υποδηλώνει



διαπιστώνουμε ότι το μοναδικό (πεπερασμένο) κρίσιμο σημείο του  είναι το σημείο .

 είναι ένα αρχικό σημείο για την επανάληψη του συνόλου ΜάντελμπροτJava program by Dieter Röß showing result of changing initial point of Mandelbrot iterations 

Για την τετραγωνική οικογένεια  το κρίσιμο σημείο z=0 είναι το κέντρο συμμετρίας του σύνολο Julia Jc, οπότε είναι ένας κυρτός συνδυασμός δύο σημείων στο Jc.

 Εκτεταμένο μιγαδικό επίπεδο 
Στη Σφαίρα του Ρίμαν το πολυώνυμο έχει 2d-2 κρίσιμα σημεία. Εδώ το μηδέν και το άπειρο είναι κρίσιμα σημεία.

 Κρίσιμη αξία 
Μια κρίσιμη τιμή  της  είναι η εικόνα ενός κρίσιμου σημείου:



Από το



έχουμε



Έτσι, η παράμετρος  είναι η κρίσιμη τιμή της .

 Καμπύλες κρίσιμου επιπέδου 
Μια καμπύλη κρίσιμης στάθμης είναι η καμπύλη στάθμης που περιέχει κρίσιμο σημείο. Λειτουργεί ως ένα είδος σκελετού του δυναμικού επιπέδου.

Παράδειγμα : οι καμπύλες επιπέδων διασταυρώνονται στο σημείο σέλας, το οποίο είναι ένας ειδικός τύπος κρίσιμου σημείου.

 Ορισμός κρίσιμου ορίου 
Το κρίσιμο οριακό σύνολο είναι το σύνολο της εμπρόσθιας τροχιάς όλων των κρίσιμων σημείων

 Κρίσιμη τροχιά 
μικρογραφία|δεξιά|Δυναμικό επίπεδο με κρίσιμη τροχιά που εμπίπτει σε κύκλο 3 περιόδων
μικρογραφία|δεξιά|Δυναμικό επίπεδο με σύνολο Julia και κρίσιμη τροχιά.
μικρογραφία|δεξιά|Δυναμικό επίπεδο : μεταβολές της κρίσιμης τροχιάς κατά μήκος της εσωτερικής ακτίνας της κύριας καρδιοειδούς για γωνία 1/6
δεξιά|μικρογραφία|Κρίσιμη τροχιά που τείνει σε ασθενώς ελκυστικό σταθερό σημείο με abs(πολλαπλασιαστής) = 0,99993612384259
Η εμπρόσθια τροχιά ενός κρίσιμου σημείου ονομάζεται κρίσιμη τροχιά. Οι κρίσιμες τροχιές είναι πολύ σημαντικές επειδή κάθε ελκτική περιοδική τροχιά έλκει ένα κρίσιμο σημείο, οπότε η μελέτη των κρίσιμων τροχιών μας βοηθά να κατανοήσουμε τη δυναμική στο σύνολο Φατού.M. Romera , G. Pastor , and F. Montoya : Multifurcations in nonhyperbolic fixed points of the Mandelbrot map.  Fractalia  6, No. 21, 10-12 (1997)Burns A M : Plotting the Escape: An Animation of Parabolic Bifurcations in the Mandelbrot Set. Mathematics Magazine, Vol. 75, No. 2 (Apr., 2002), pp. 104–116

Αυτή η τροχιά εμπίπτει σε έναν ελκτικό περιοδικό κύκλο, αν υπάρχει.

 Κρίσιμος τομέας 
Ο κρίσιμος τομέας είναι ένας τομέας του δυναμικού επιπέδου που περιέχει το κρίσιμο σημείο.

 Κρίσιμο σύνολο 
Το κρίσιμο σύνολο είναι ένα σύνολο κρίσιμων σημείων

 Κριτικό πολυώνυμο 

οπότε

Αυτά τα πολυώνυμα χρησιμοποιούνται για:
 εύρεση των κέντρων αυτών των συνιστωσών του συνόλου Μάντελμπροτ περιόδου n. Τα κέντρα είναι οι ρίζες των n-th κρίσιμων πολυωνύμων

 εύρεση ριζών των συνιστωσών του συνόλου Mandelbrot περιόδου n (τοπικό ελάχιστο του )
 Σημείο Μισιουρέβιτς

 Κρίσιμες καμπύλες 
μικρογραφία|δεξιά|Κρίσιμες καμπύλες
Τα διαγράμματα των κρίσιμων πολυωνύμων ονομάζονται κρίσιμες καμπύλες.Ο δρόμος προς το χάος είναι γεμάτος με πολυωνυμικές καμπύλες
των Richard D. Neidinger και R. John Annen III. American Mathematical Monthly, Vol. 103, No. 8, October 1996, pp. 640-653

Αυτές οι καμπύλες δημιουργούν τον σκελετό (οι σκούρες γραμμές) ενός διάγραμμα διακλάδωσης.

 Χώροι, επίπεδα 

 4Δ χώροι 
Μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει τον τετραδιάστατο (4D) χώρο Julia-Μάντελμπροτ για μια σφαιρική ανάλυση αυτού του δυναμικού συστήματος.
δεξιά|μικρογραφία|w-plane and c-plane
Στο χώρο αυτό υπάρχουν δύο βασικοί τύποι 2D επιπέδων:
 το δυναμικό (δυναμικό) επίπεδο, -επίπεδο ή c-επίπεδο το επίπεδο παραμέτρων ή z-επίπεδο

Υπάρχει επίσης ένα άλλο επίπεδο που χρησιμοποιείται για την ανάλυση τέτοιων δυναμικών συστημάτων w-επίπεδο:
 το επίπεδο σύζευξης Carleson, Lennart, Gamelin, Theodore W.: Complex Dynamics Series: Universitext, Subseries: Universitext: Tracts in Mathematics, 1st ed. 1993. Corr. 2nd printing, 1996, IX, 192 p. 28 illus., 
 πρότυπο επίπεδο. Holomorphic motions and puzzels by P Roesch

 2Δ Επίπεδο παραμέτρων 

Ο χώρος φάσεων ενός τετραγωνικού χάρτη ονομάζεται επίπεδο παραμέτρων. Εδώ:

 είναι σταθερός και μεταβλητός.

Δεν υπάρχει δυναμική εδώ. Είναι μόνο ένα σύνολο τιμών παραμέτρων. Δεν υπάρχουν τροχιές στο επίπεδο των παραμέτρων.

Το επίπεδο παραμέτρων αποτελείται από:
 Το σύνολο Μάντελμπροτ
 Ο τόπος διακλάδωσης = το όριο του συνόλου Μάντελμπροτ με
 σημεία ρίζας
 Περιορισμένες υπερβολικές συνιστώσες του συνόλου Μάντελμπροτ = εσωτερικό του συνόλου Μάντελμπροτ
με εσωτερικές ακτίνες
 εξωτερικό του συνόλου Μάντελμπροτ με
 εξωτερικές ακτίνες
 ισοδυναμικές γραμμές

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί υπότυποι του επιπέδου παραμέτρων.
μικρογραφία|δεξιά|Χάρτης πολλαπλασιαστών

Δείτε επίσης :
 Χάρτης Μπότσερ που απεικονίζει το εξωτερικό του συνόλου Μάντελμπροτ στο εξωτερικό του μοναδιαίου δίσκου
 πολλαπλασιαστικός χάρτης που αντιστοιχίζει το εσωτερικό της υπερβολικής συνιστώσας του συνόλου Μάντελμπροτ στο εσωτερικό του μοναδιαίου δίσκου

 2Δ Δυναμικό επίπεδο 
"Το πολυώνυμο Pc απεικονίζει κάθε δυναμική ακτίνα σε μια άλλη ακτίνα που διπλασιάζει τη γωνία (την οποία μετράμε σε πλήρεις στροφές, δηλαδή 0 = 1 = 2π rad = 360°), και οι δυναμικές ακτίνες οποιουδήποτε πολυωνύμου "μοιάζουν με ευθείες ακτίνες" κοντά στο άπειρο. Αυτό μας επιτρέπει να μελετήσουμε συνδυαστικά τα σύνολα Μάντελμπροτ και Julia, αντικαθιστώντας το δυναμικό επίπεδο με τον μοναδιαίο κύκλο, τις ακτίνες με γωνίες και το τετραγωνικό πολυώνυμο με τον χάρτη διπλασιασμού modulo one". Virpi KaukoTrees of visible components in the Mandelbrot set by Virpi K a u k o , FUNDAM E N TA MATHEMATICAE 164 (2000) Στο δυναμικό επίπεδο μπορεί κανείς να βρει:
 Το σύνολο Julia
 Το Γεμισμένο σύνολο Julia
 Το σύνολο Φατού
 Τροχιές

Το δυναμικό επίπεδο αποτελείται από:
 σύνολο Φατού
 Σύνολο Julia

Εδώ,  είναι μια σταθερά και  είναι μια μεταβλητή.

Το δισδιάστατο δυναμικό επίπεδο μπορεί να αντιμετωπιστεί ως τομή Πουανκαρέ του τρισδιάστατου χώρου του συνεχούς δυναμικού συστήματος.Moehlis, Kresimir Josic, Eric T. Shea-Brown (2006) Periodic orbit. Scholarpedia,

Τα δυναμικά z-επίπεδα μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες:
  επίπεδο για  (βλ. μιγαδικός χάρτης τετραγωνισμού)
  επίπεδα (όλα τα άλλα επίπεδα για )

 Σφαίρα Ρίμαν 
Το εκτεταμένο μιγαδικό επίπεδο συν ένα σημείο στο άπειρο
 η σφαίρα Ρίμαν

 Παράγωγα 

 Πρώτη παράγωγος ως προς c 
Στο επίπεδο των παραμέτρων:
  είναι μια μεταβλητή
  είναι σταθερά

Η πρώτη παράγωγος του  ως προς c είναι



Αυτή η παράγωγος μπορεί να βρεθεί με επανάληψη ξεκινώντας με



και στη συνέχεια αντικαθιστώντας σε κάθε διαδοχικό βήμα



Αυτό μπορεί εύκολα να επαληθευτεί χρησιμοποιώντας τον κανόνα της αλυσίδας για την παράγωγο.

Αυτή η παράγωγος χρησιμοποιείται στη μέθοδο εκτίμησης απόστασης για τη σχεδίαση ενός συνόλου Μάντελμπροτ.

 Πρώτη παράγωγος ως προς z 
Στο δυναμικό επίπεδο:
  είναι μια μεταβλητή,
  είναι μια σταθερά.

Σε ένα σταθερό σημείο ,



Σε ένα' περιοδικό σημείο z0 περιόδου p η πρώτη παράγωγος μιας συνάρτησης



συχνά παριστάνεται με  και αναφέρεται ως πολλαπλασιαστής ή χαρακτηριστικός αριθμός Lyapunov. Ο λογάριθμός του είναι γνωστός ως εκθέτης Λιαπουνόφ. Η απόλυτη τιμή του πολλαπλασιαστή χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της σταθερότητας των περιοδικών (επίσης σταθερών) σημείων.

Σε ένα μη περιοδικό σημείο, η παράγωγος, που συμβολίζεται με , μπορεί να βρεθεί με επανάληψη ξεκινώντας με



και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας

Αυτή η παράγωγος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της εξωτερικής απόστασης από το σύνολο Julia.

 Παράγωγος Σβάρτζιαν 
Η παράγωγος Σβάρτζιαν (SD για συντομία) της f είναι:

 Δημοσιεύσεις 
 Monica Nevins and Thomas D. Rogers, "Quadratic maps as dynamical systems on the p-adic numbers"
 Wolf Jung : Homeomorphisms on Edges of the Mandelbrot Set. Ph.D. thesis of 2002
 More about Quadratic Maps : Quadratic Map

 Δείτε επίσης 
 Αλγόριθμος διαμαντιού τετραγώνου
 Καμπύλη που γεμίζει το χώρο
 Νιφάδα του Κοχ
 Καμπύλη Χίλμπερτ
 Καμπύλη του δράκου
 Σπόγγος του Μένγκερ

 Σύνολο Μάντελμπροτ
 Σύνολο Julia
 Σύνολο Κάντορ
 Οικοδομήσιμο Σύμπαν

 Παραπομπές 

Κατηγορία:Φράκταλ
Κατηγορία:Δυναμικά συστήματα
Κατηγορία:Πολυώνυμα