Symmetriske attraktorer (Ikoner)
Billederne på denne side, som kaldes for ikoner, er en mængde af punkter
givet ved følgen: {Fn(x0) | n tilhører N }, hvor vi
ved Fn(x) forstår F(F(···(F(x)))···). Vælges
F med omhu fås nogle fantastiske grafiske fremstillinger.
Lidt om symmetrier
Lad Dn betegne den dihedrale gruppe bestående af alle symmetrier på den regulære n-kant og
lad Zn betegne den symmetriske gruppe bestående af alle rotationer på den regulære n-kant.
En symmetrisk afbildning F: R2 → R2 siges at være Dn
(hhv. Zn )-symmetrisk, hvis der for alle S tilhørende Dn (hhv. Zn )
gælder, at
F(Sz) = S(F(z)) for alle z tilhørende R2.
For en afbildning F som er Dn-symmetrisk gælder bl.a. at hvis z tilhører LS, så vil
F(z) tilhøre LS (hvor LS er symmetriaksen LS = { z tilhørende R2 | Sz = z }).
Det vil være en stor hjælp for os hvis vi fremover fortolker R2 som de komplekse tal C, ved
at tolke (x,y) tilhørende R2 som x + iy tilhørende C - så det vil vi gøre.
Så kan vi beskrive Dn som gruppen frembragt af de to elementer rotationen R og spejlingen χ,
hvor χ er en spejling i en af symmetriakserne, som vi passende kan
lade være x-aksen.
Så kan χ beskrives ved χ(z) = conj(z), mens
R kan beskrives som multiplikation med det komplekse tal ρ med længde 1
og fase π/n, dvs R(z) = ρz. (med conj(z) mener vi funktionen conj(x + iy) = x - iy)
Generalisering af den ulige logistiske afbildning
Den logistiske afbildning g0(x) = λ x (1 - x) = λ (x - x2) giver
ikke en symmetrisk attraktor, hvilket kan ses af feigenbaumtræet.
Vil vi give attraktoren en symmetri, må det være en spejling. Lad os tage spejlingen i 0. Dvs S(x) = -x.
g0 bliver så symmetrisk mht. S ved at ændre g0 til
g(x) = λ x (1 - x2). Dette vil så give en symmetrisk attraktor og
g(x) kaldes for den ulige logistiske afbildning.
Vi vil udvide denne afbildning til hele R2 hvilket kan gøres ved at
definere g som
g(x,y) = λ (1 - (x2 + y2))(x,y).
Sætter vi x = 0 får vi den ulige logistiske afbildning på hele x-aksen og
sætter vi y = 0 får vi den ulige logistiske afbildning på hele y-aksen.
Faktisk får vi en ulige logistisk afbildning på enhver ret linje gennem origo (0,0).
Symmetriske attraktorer (Ikoner)
Afbildningen g(x,y) ovenfor er cirkulærsymmetrisk, dvs. for alle S tilhørende
O2 = { gruppen frembragt af alle rotationer og spejlinger på R2}, gælder at
g(Sz) = S(g(z)).
Vi vil bryde noget af denne symmetri ved at tilføje et led som tilhører
Dn nemlig funktionen f(z) = conj(z)n-1.
Tilføjer vi dette led får vi altså en familie af Dn-symmetriske
afbildninger:
F1 = λ (1 - |z|2) z + γ
conj(z)n-1, hvor λ og γ tilhører R.
For at frembringe mange af deres såkaldte ikoner tilføjede Field og Golubitsky endnu et led til ligningen
og lod leddet |z|2 variere uafhængigt af λ, sådan at de fik familien:
F2(z) = [ λ + α|z|2 + β Re (zn)] z + γ conj(z)n-1,
hvor λ, α, β og γ tilhører R.
Emperors Cloak: (D5)
|
Halloween: (D6)
|
Mayan Bracelet: (D7)
|
Endnu en variation af ovenstående formel fås ved at tilføje et ikke
polynomielt led:
F3(z) = [ λ + α|z|2 + β Re (zn) + δ Re (z/|z|np)|z|] z + γ conj(z)n-1,
hvor λ, α, β, γ og δ tilhører R og p tilhører N0.
Dette sidste led har til formål at ændre ikonet omkring centrum.
Mercedes-Benz: (D3)
|
Star of David: (D6)
|
Lace By Nine: (D9)
|
Vil vi bryde Dn-symmetrien må vi tilføje et led, som ikke er
Dn-symmetrisk. Tilføjer vi det Zn-symmetriske
led givet ved funktionen h(z) = ωiz, hvor ω tilhører R,
får vi en Zn-symmetrisk afbildning ved at benytte
F4(z) = [ λ + α|z|2 + β Re (zn) + ωi] z + γ conj(z)n-1,
hvor λ, α, β, γ og ω tilhører R.
En afbildning i denne familie er ikke Dn-symmetrisk når ω ≠ 0.
Clam Triple: (Z3)
|
Swirling Strangers: (Z4)
|
Chaotic Flower: (Z5)
|
Lidt om ikonernes topologi
Antag S tilhører Dn og at F er en Dn-symmetrisk afbildning.
Lad os betragte de to følger:
(1) z, F(z), F(F(z)), F(F(F(z))), ...
(2) Sz, F(Sz), F(F(Sz)), F(F(F(Sz))), ...
Idet F er Dn-symmetrisk vil man kunne få følge (2) fra følge (1) ved at lade S
virke på hvert element i følge (1). Dvs. er S f.eks. en rotation vil man kunne få følge (2) ved at rotere følge (1) med S.
Lad A være attraktoren hørende til følge (1), så er S(A) attraktoren hørende til følge (2).
Der er så to tilfælde.
• Enten er A=S(A) dvs. A er S-symmetrisk.
• Eller A ≠ S(A) og A ∩ S(A) = { Ø }.
Vi kalder i det sidste tilfælde A og S(A) for konjungerede billeder.
Eksempler på ikoner: (parametrene til billederne er taget fra Fields og Golubitskys bog [symmetry])
French Glass: (D9)
|
Kachina Dolls: (D23)
|
Santa Chiara: (D24)
|
Unknown2: (D3)
|
Unknown4: (Z16)
|
Golden Flintstone: (D3)
|
Pentacle: (D5)
|
Pentagon Attractor: (D5)
|
Sanddollar: (D5)
|
Unknown1: (D3)
|
Unknown6: (D3)
|
Trampoline: (D3)
|
Parametre til eksemplerne med ikke polynomielt led
| Navn |
λ |
α |
β |
γ |
ω |
Symmetri |
|
|
|
| Chaotic Flower |
-2.5 |
5.0 |
-1.9 |
1.0 |
0.188 |
Z5 |
| Clam Triple |
1.56 |
-1.0 |
0.1 |
-0.82 |
0.12 |
Z3 |
| Emperor's Cloak |
-1.806 |
1.806 |
0.0 |
1.0 |
0.0 |
D5 |
| Fish and Eye |
-2.18 |
10.0 |
-12.0 |
1.0 |
0.0 |
Z2 |
| French Glass |
-2.05 |
3.0 |
-16.79 |
1.0 |
0.0 |
D9 |
| Golden Flintstone |
2.5 |
-2.5 |
0.0 |
0.9 |
0.0 |
D3 |
| Halloween |
-2.7 |
5.0 |
1.5 |
1.0 |
0.0 |
D6 |
| Kachina Dolls |
2.409 |
-2.5 |
0.0 |
0.9 |
0.0 |
D23 |
| Mayan Bracelet |
-2.08 |
1.0 |
-0.1 |
0.167 |
0.0 |
D7 |
| Pentagon Attractor |
2.6 |
-2.0 |
0.0 |
-0.5 |
0.0 |
D5 |
| Santa Chiara ICON |
2.409 |
-2.5 |
-0.2 |
0.81 |
0.0 |
D24 |
| Swirling Streamers |
-1.86 |
2.0 |
0.0 |
1.0 |
0.1 |
Z4 |
| The Pentacle |
-2.32 |
2.32 |
0.0 |
0.75 |
0.0 |
D5 |
| The Sanddollar |
-2.34 |
2.0 |
0.2 |
0.1 |
0.0 |
D5 |
| The Trampoline |
1.56 |
-1.0 |
0.1 |
-0.82 |
0.0 |
D3 |
| Trinity in Red |
1.5 |
-1.0 |
0.1 |
-0.805 |
0.0 |
D3 |
| Unknown1 |
-2.195 |
10.0 |
-12.0 |
1.0 |
0.0 |
D3 |
| Unknown2 |
1.455 |
-1.0 |
0.03 |
-0.8 |
0.0 |
D3 |
| Unknown3 |
2.39 |
-2.5 |
-0.1 |
0.9 |
0.0 |
D16 |
| Unknown4 |
2.39 |
-2.5 |
-0.1 |
0.9 |
-0.15 |
Z16 |
| Unknown5 |
1.5 |
-1.0 |
0.1 |
-0.8 |
0.0 |
Z2 |
Parametre til eksemplerne med polynomielt led
| Navn |
λ |
α |
β |
γ |
δ |
p |
Symmetri |
|
|
|
| Gothic Medalion |
-2.38 |
10.0 |
-12.3 |
0.75 |
0.02 |
1 |
D5 |
| Lace by Nine |
-2.5 |
8.0 |
-0.7 |
1.0 |
-0.9 |
0 |
D9 |
| Mercedes-Benz |
1.0 |
-2.1 |
0.0 |
1.0 |
1.0 |
1 |
D3 |
| Star of David |
-2.42 |
1.0 |
-0.04 |
0.14 |
0.088 |
0 |
D6 |
| Sunflower |
-2.225 |
1.5 |
-0.014 |
0.002 |
-0.02 |
0 |
D57 |
| Unknown6 |
1.455 |
-1.0 |
0.03 |
-0.8 |
-0.025 |
0 |
D3 |
| Wild Chaos |
1.5 |
-1.0 |
-0.2 |
-0.75 |
0.04 |
24 |
D3 |