Iteration af lineære funktioner
Vi vil iterere vha. de simple iterationsfunktioner f(z) = a z + b,
hvor a, b og z tilhører de komplekse tal, og se om vi kan forstå opførslen
af en sådan iteration udfra givne værdier for a og b.
Sætning Lad zi+1 = a zi + b, hvor a, b og zi tilhører de komplekse tal.
Så gælder der at
zn = an z0 + b (an - 1)/(a-1) for a ≠ 1
og
zn = z0 + n b for a = 1.
Det interessante ved udtrykkene for zn er, at man kan se at zn er fastlagt ved et lukket udtryk.
bevis Beviset følger ved induktion. I tilfældet a ≠ 1
benytter man sig af identiteten
an + an-1 + … + a1 + 1 = (an+1 - 1)/(a - 1).
qed.
Banens opførsel når n går mod uendelig
Af ovenstående ligninger kan man se, at hvis |a| ≠ 1 gælder følgende
|a| > 1: |zn| → ∞
|a| < 1: zn → -b/(a-1)
I disse tilfælde har vi fuldstændig kontrol over hvordan banen opfører sig.
Tilfældet |a| = 1 er lidt mere vanskeligt:
a = 1: |zn| → ∞, hvis b ≠ 0
|a| = 1, a ≠ 1: |zn| ≤ |an z0|
+ |b| · |an - 1|/|a - 1| ≤ |z0| + 2 |b| / |a - 1|
Man kan af disse udregninger se, at banen (når |a| = 1, a ≠ 1) er begrænset (dvs. går ikke mod uendelig).
Bemærk (ud fra den øverste ligning), at der når |a| = 1 så gælder der, at hvis ai er periodisk, så er zn det også.
Banens afhængighed af begyndelsesbetingelser
Iterationen af lineære funktioner har ikke følsom afhængighed af begyndelsesbetingelserne, hvilket vi kan se af følgende.
Lad to iterationer zi = f(zi-1) og wi = f(wi-1) med
begyndelsesværdierne z0 og w0 være givet. Så gælder der at,
zn - wn = an z0 - an w0 = an (z0 - w0) for a ≠ 1
og
zn - wn = z0 - w0 for a = 1.
Heraf kan man se, at i det interessante tilfælde, hvor |a| = 1, a ≠ 1, der gælder, at
|zn - wn| = |an||z0 - w0| = |z0 - w0|
dvs. afstanden er konstant og afhængigheden af begyndelsesbetingelserne er i dette tilfælde ikke følsom.