Sierpińskin kolmio

**Sierpińskin kolmio** on fraktaali, joka on nimetty puolalaisen matemaatikon Wacław Sierpińskin mukaan, joka konstruoi sen vuonna 1915.

Sierpiński kolmio konstruoitiin alun perin käyräksi, ja se on yksi itsesimilaaristen joukkojen perusesimerkeistä, toisin sanoen se näyttää samalta tai samankaltaiselta, riippumatta siitä millä suurennoksella sitä katsoi.

## Konstruointi

Seuraavalla algoritmilla saadaan aikaiseksi mielivaltaisen tarkka approksimaatio Sierpińskin kolmiolle:

:

#Aloita mistä tahansa kolmiosta tasossa. Säännönmukainen Sierpińskin kolmio käyttää tasasivuista kolmiota, jonka kanta on yhdensuuntainen tason horisontaalisen akselin kanssa (ensimmäinen kuva).
#Kutista kolmio sekä puoleen korkeuteen, että puoleen leveyteen, tee kolme kopiota ja sijoita ne niin, että jokainen koskettaa muita kolmiota kulmasta (toinen kuva). Huomaa, että keskelle muodostuu reikä, sillä kolme kolmiota peittää vain 3/4 alkuperäisestä kolmiosta. Reiät ovatkin tärkeässä roolissa Sierpińskin kolmiossa.
#Toista kohta kaksi jokaisen kutistetun kolmion kohdalla (kolmas ja seuraavat kuvat).

Huomaa, että tehty ääretön prosessi ei ole riippuvainen siitä, onko alkuperäinen kuvio kolmio, se on vain yksinkertaisin esimerkki. Mikä hyvänsä suljettu ja rajattu alue tasossa toimii. Ensimmäiset askeleet esimerkiksi myös neliössä taipuvat kohti Sierpińskin kolmiota.

:

Todellinen fraktaali on se, mikä saataisiin äärettömän määrän iterointeja jälkeen. Formaalimmin sitä voidaan kuvailla suljettujen pistejoukkojen funktioiden suhteen.

Jos merkitsemme d_a:lla pisteen a kertoimella 1/2 laajennusta, on Sierpińskin kolmio, jonka kulmat ovat pisteet a, b ja c, toimenpiteen d_a U d_b U d_c muodostama kiintopisteiden joukko.

Kun tämä toimitus lisätään mihin tahansa muuhun joukkoon toistuvasti, kuvat suppenevat kohti Sierpińskin kolmiota. Tämä tapahtuu yllä olevissa esimerkeissä, mutta mikä hyvänsä muukin joukko kelpaisi.

Jos otetaan piste ja sovelletaan jokaista toimenpidettä d_a, d_b ja d_c siihen sattumanvaraisesti, tuloksena saadut pisteet ovat tiheitä (eli jokaista Sierpińskin kolmion pistettä voidaan approksimoida jollain tuloksena saadulla pisteellä) Sierpińskin kolmiossa. Siispä seuraavakin algoritmi tuottaa mielivaltaisen tarkan approksimaation Sierpińskin kolmiosta:

Aloitetaan merkitsemällä **p**1, **p**2 ja **p**3 Sierpińskin kolmion kulmiksi, ja **v**1 satunnaiseksi pisteeksi. Asetetaan joukko **v**n+1 = ½ ( **v**n + **p**rn ), missä **r**n on satunnainen numero 1, 2 tai 3. Piirrä pisteet **v**1 - **v**∞. Jos ensimmäinen piste **v**1 oli Sierpińskin kolmioon kuuluva piste, kaikki pisteet **v**n kuuluvat kyseiseen kolmioon. Jos taas ensimmäinen piste **v**1 on kolmion reunan sisällä, mutta ei ole Sierpińskin kolmioon kuuluva piste, mikään pisteistä **v**n ei kuulu Sierpińskin kolmioon, mutta ne suppenevat kohti sitä. Jos **v**1 on kolmion ulkopuolella, ainoa tapa, millä **v**n osuu kolmioon, on jos **v**n sijaitsee paikassa, mikä olisi osa kolmiota, jos tämä kolmio olisi äärettömän suuri.

Yllä kuvatun metodin voi myös ilmaista yksinkertaisemmin seuraavasti:

#Valitse 3 pistettä tasossa, joista muodostuu kolmio. Kolmiota ei tarvitse piirtää.
#Valitse satunnaisesti yksi piste kolmion sisällä. Se on tämänhetkinen sijaintisi.
#Valitse satunnaisesti yksi kolmesta kärkipisteestä.
#Kulje puoli etäisyyttä tämänhetkisestä sijainnistasi kohti valittua kärkipistettä.
#Merkitse uusi sijaintisi.
#Toista kohdasta kolme.

*Huomautus: Tämä menetelmä on nimeltään [[kaaospeli]]. Voit aloittaa mistä tahansa pisteestä kolmion ulko- tai sisäpuolelta, ja se muodostaisi loppupeleissä Sierpińskin kolmion ja muutamia ylimääräisiä pisteitä. [[Kaaospeli]]ä on mielenkiintoista kokeilla kynän ja paperin kanssa ja jo noin 100 pisteen jälkeen paperille hahmottuu Sierpińskin kolmiota muistuttava kuva. Muutaman sadan pisteen jälkeen kolmio alkaa jo huomattavasti näyttää Sierpińskin kolmiolta.*

## Ominaisuudet

Pascalin kolmiolla voidaan approksimoida Sierpińskin kolmiota. Otetaan Pascalin kolmio, jossa on 2*n* riviä ja väritetään parilliset luvut valkoisiksi, ja parittomat mustiksi. Se kaksivärinen 2*n*-rivinen Pascalin kolmio, jossa *n* lähestyy ääretöntä, on Sierpińskin kolmio.

Sierpińskin kolmion pinta-ala on nolla. Tämä saadaan laskemalla jäljelle jäänyt ala jokaisen iteraation jälkeen. Jäljelle jäänyt ala on aina 3/4 edellisestä, ja kun iteraatioita suoritetaan ääretön määrä, jäljelle jäävä pinta-ala on nolla.

## Katso myös
* Pascalin kolmio

## Aiheesta muualla

* Sierpińskin kolmio MathWorldissa (englanniksi)