Articulo de referencia

Rayo externo

Un rayo externo es una curva que va desde el infinito hacia un conjunto de Julia o Mandelbrot . [ 1 ] Aunque esta curva rara vez es una semirrecta (rayo), se le llama rayo porqu...

Un rayo externo es una curva que va desde el infinito hacia un conjunto de Julia o Mandelbrot . [ 1 ] Aunque esta curva rara vez es una semirrecta (rayo), se le llama rayo porque es una imagen de un rayo.

Los rayos externos se utilizan en el análisis complejo , particularmente en la dinámica compleja y la teoría de funciones geométricas .

Historia

Los rayos externos fueron introducidos en el estudio del conjunto de Mandelbrot realizado por Douady y Hubbard .

Tipos

Criterios de clasificación:

  • Plano: parámetro o dinámico
  • Mapa
  • Bifurcación de rayos dinámicos
  • Extensión
  • Aterrizaje [ 2 ]

Avión

Los rayos externos de conjuntos de Julia (conectados) en el plano dinámico a menudo se denominan rayos dinámicos .

Los rayos externos del conjunto de Mandelbrot (y lugares de conectividad unidimensionales similares ) en el plano de parámetros se denominan rayos de parámetros .

Bifurcación

Los rayos dinámicos pueden ser:

  • Bifurcado, ramificado, [ 3 ] roto [ 4 ]
  • Liso, sin ramificaciones, ininterrumpido

Cuando el conjunto de Julia lleno es conexo, no hay rayos externos que se ramifiquen. Cuando el conjunto de Julia no es conexo, entonces algunos rayos externos se ramifican. [ 5 ]

Extensión

Branner y Hubbard introdujeron los rayos de estiramiento: [ 6 ] [ 7 ] "La noción de rayos de estiramiento es una generalización de la de rayos externos para el conjunto de Mandelbrot a polinomios de grado superior." [ 8 ]

Aterrizaje

Cada rayo de parámetro racional del conjunto de Mandelbrot aterriza en un único parámetro. [ 9 ] [ 10 ]

Mapas

Polinomios

Plano dinámico = plano z

Los rayos externos están asociados a un subconjunto compacto , completo y conectado.K{\displaystyle K\,}del plano complejo como  :

Los rayos externos junto con las líneas equipotenciales del potencial de Douady-Hubbard (conjuntos de nivel) forman un nuevo sistema de coordenadas polares para el exterior ( complemento ) deK{\displaystyle K\,}.

En otras palabras, los rayos externos definen una foliación vertical que es ortogonal a la foliación horizontal definida por los conjuntos de nivel del potencial. [ 13 ]

Uniformización

DejarΨdo{\displaystyle \Psi _{c}\,}Sea el isomorfismo conforme del complemento (exterior) del disco unitario cerrado.D¯{\displaystyle {\overline {\mathbb {D} }}} al complemento del conjunto Julia completo Kdo{\displaystyle \ K_{c}}.

Ψdo:do^D¯do^Kdo{\displaystyle \Psi _{c}:{\hat {\mathbb {C} }}\setminus {\overline {\mathbb {D} }}\to {\hat {\mathbb {C} }}\setminus K_{c}}

dóndedo^{\displaystyle {\hat {\mathbb {C} }}}denota el plano complejo extendido .Φdo=Ψdo1{\displaystyle \Phi _{c}=\Psi _{c}^{-1}\,}denotamos el mapa de Boettcher . [ 14 ]Φdo{\displaystyle \Phi _{c}\,}es un mapa uniformizador de la cuenca de atracción del infinito, porque conjugaFdo{\displaystyle f_{c}}en el complemento del conjunto Julia completoKdo{\displaystyle K_{c}}aF0(z)=z2{\displaystyle f_{0}(z)=z^{2}}en el complemento del disco de la unidad:

Φdo:do^Kdodo^D¯zlímitenorte(Fdonorte(z))2norte{\displaystyle {\begin{aligned}\Phi _{c}:{\hat {\mathbb {C} }}\setminus K_{c}&\to {\hat {\mathbb {C} }}\setminus {\overline {\mathbb {D} }}\\z&\mapsto \lim _{n\to \infty }(f_{c}^{n}(z))^{2^{-n}}\end{aligned}}}

y

ΦdoFdoΦdo1=F0{\displaystyle \Phi _ {c}\circ f_ {c}\circ \Phi _ {c}^{-1}=f_ {0}}

Un valorw=Φdo(z){\displaystyle w=\Phi _ {c}(z)}se denomina coordenada de Boettcher para un puntozdo^Kdo{\displaystyle z\in {\hat {\mathbb {C} }}\setminus K_{c}}.

Definición formal de rayo dinámico
Sistema de coordenadas polares yψdo{\displaystyle \psi _{c}}parado=2{\displaystyle c=-2}

El rayo externo de ánguloθ{\displaystyle \theta \,} señalado comoRθK{\displaystyle {\mathcal {R}}_{\theta}^{K}}es:

  • la imagen debajoΨdo{\displaystyle \Psi _{c}\,}de líneas rectasRθ={(rmi2πiθ): r>1}{\displaystyle {\mathcal {R}}_{\theta }=\{\left(r\cdot e^{2\pi i\theta }\right):\ r>1\}}
RθK=Ψdo(Rθ){\displaystyle {\mathcal {R}}_{\theta }^{K}=\Psi _{c}({\mathcal {R}}_{\theta })}
  • conjunto de puntos del exterior del conjunto de Julia relleno con el mismo ángulo externo θ{\displaystyle \theta }
RθK={zdo^Kdo:arg(Φdo(z))=θ}{\displaystyle {\mathcal {R}}_{\theta }^{K}=\{z\in {\hat {\mathbb {C} }}\setminus K_{c}:\arg(\Phi _{c}(z))=\theta \}}
Propiedades

El rayo externo para un ángulo periódicoθ{\displaystyle \theta \,}Satisface:

F(RθK)=R2θK{\displaystyle f({\mathcal {R}}_{\theta }^{K})={\mathcal {R}}_{2\theta }^{K}}

y su punto de aterrizaje [ 15 ]γF(θ){\displaystyle \gamma _{f}(\theta )}Satisface:

F(γF(θ))=γF(2θ){\displaystyle f(\gamma _{f}(\theta ))=\gamma _{f}(2\theta )}

Plano de parámetros = plano c

"Los rayos paramétricos son simplemente las curvas que discurren perpendiculares a las curvas equipotenciales del conjunto M." [ 16 ]

Uniformización
Límite de Mandelbrot establecido como una imagen del círculo unitario bajoΨMETRO{\displaystyle \Psi _{M}\,}
Uniformización del complemento (exterior) del conjunto de Mandelbrot

DejarΨMETRO{\displaystyle \Psi _{M}\,}sea ​​el mapeo del complemento (exterior) del disco de unidad cerradaD¯{\displaystyle {\overline {\mathbb {D} }}} al complemento del conjunto de Mandelbrot METRO{\displaystyle \ M}. [ 17 ]

ΨMETRO:do^D¯do^METRO{\displaystyle \Psi _{M}:\mathbb {\hat {C}} \setminus {\overline {\mathbb {D} }}\to \mathbb {\hat {C}} \setminus M}

y mapa de Boettcher (función)ΦMETRO{\displaystyle \Phi _{M}\,}, que es un mapa uniformizador [ 18 ] del complemento del conjunto de Mandelbrot, porque conjuga el complemento del conjunto de Mandelbrot METRO{\displaystyle \ M}y el complemento (exterior) del disco de la unidad cerrada

ΦMETRO:do^METROdo^D¯{\displaystyle \Phi _{M}:\mathbb {\hat {C}} \setminus M\to \mathbb {\hat {C}} \setminus {\overline {\mathbb {D} }}}

se puede normalizar de manera que  :

ΦMETRO(do)do1 as do{\displaystyle {\frac {\Phi _{M}(c)}{c}}\to 1\ as\ c\to \infty \,}[ 19 ]

dónde  :

do^{\displaystyle \mathbb {\hat {C}} }denota el plano complejo extendido

Función de JungreisΨMETRO{\displaystyle \Psi _{M}\,}es la inversa de uniformizar el mapa  :

ΨMETRO=ΦMETRO1{\displaystyle \Psi _{M}=\Phi _{M}^{-1}\,}

En el caso de un polinomio cuadrático complejo, se puede calcular este mapa utilizando la serie de Laurent alrededor del infinito [ 20 ] [ 21 ].

do=ΨMETRO(w)=w+metro=0bmetrowmetro=w12+18w14w2+15128w3+...{\displaystyle c=\Psi _{M}(w)=w+\sum _{m=0}^{\infty }b_{m}w^{-m}=w-{\frac {1}{2}}+{\frac {1}{8w}}-{\frac {1}{4w^{2}}}+{\frac {15}{128w^{3}}}+...\,}

dónde

dodo^METRO{\displaystyle c\in \mathbb {\hat {C}} \setminus M}
wdo^D¯{\displaystyle w\in \mathbb {\hat {C}} \setminus {\overline {\mathbb {D} }}}
Definición formal de rayo de parámetro

El rayo externo de ánguloθ{\displaystyle \theta \,}es:

  • la imagen debajoΨdo{\displaystyle \Psi _{c}\,}de líneas rectasRθ={(rmi2πiθ): r>1}{\displaystyle {\mathcal {R}}_{\theta }=\{\left(r*e^{2\pi i\theta }\right):\ r>1\}}
RθMETRO=ΨMETRO(Rθ){\displaystyle {\mathcal {R}}_{\theta }^{M}=\Psi _{M}({\mathcal {R}}_{\theta })}
  • conjunto de puntos del exterior del conjunto de Mandelbrot con el mismo ángulo externo θ{\displaystyle \theta }[ 22 ]
RθMETRO={dodo^METRO:arg(ΦMETRO(do))=θ}{\displaystyle {\mathcal {R}}_{\theta }^{M}=\{c\in \mathbb {\hat {C}} \setminus M:\arg(\Phi _{M}(c))=\theta \}}
Definición del mapa de Boettcher

Douady y Hubbard definen:

ΦMETRO(do) =dmiF Φdo(z=do){\displaystyle \Phi _{M}(c)\ {\overset {\underset {\mathrm {def} }{}}{=}}\ \Phi _{c}(z=c)\,}

por lo tanto ángulo externo del puntodo{\displaystyle c\,}del plano de parámetros es igual al ángulo externo del puntoz=do{\displaystyle z=c\,}del plano dinámico

Ángulo externo

El ángulo θ se denomina ángulo externo ( argumento ). [ 23 ]

El valor principal de los ángulos externos se mide en vueltas módulo 1.

1 vuelta = 360 grados = 2 × π radianes

Comparar diferentes tipos de ángulos  :

Cálculo del argumento externo
  • argumento de la coordenada de Böttcher como argumento externo [ 24 ]
    • argMETRO(do)=arg(ΦMETRO(do)){\displaystyle \arg _{M}(c)=\arg(\Phi _{M}(c))}
    • argdo(z)=arg(Φdo(z)){\displaystyle \arg _{c}(z)=\arg(\Phi _{c}(z))}
  • secuencia de amasado como una expansión binaria del argumento externo [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

Mapas trascendentales

Para las aplicaciones trascendentales (por ejemplo, exponenciales ), el infinito no es un punto fijo, sino una singularidad esencial , y no existe un isomorfismo de Boettcher . [ 28 ] [ 29 ]

Aquí, el rayo dinámico se define como una curva  :

Imágenes

Rayos dinámicos

Rayos de parámetros

Conjunto de Mandelbrot para polinomios cuadráticos complejos con rayos de parámetros de puntos raíz

Espacio de parámetros de la familia exponencial compleja f(z)=exp(z)+c . Ocho rayos de parámetros que aterrizan en este parámetro están dibujados en negro.

Plano de parámetros de la familia exponencial compleja f(z)=exp(z)+c con 8 rayos externos (parámetros).

Programas que pueden dibujar rayos externos

Véase también

Referencias

  1. J. Kiwi : Rayos racionales y retratos críticos de polinomios complejos. Tesis doctoral, SUNY en Stony Brook (1997); Preimpresión IMS n.º 1997/15. Archivada el 5 de noviembre de 2004 en Wayback Machine.
  2. Inou, Hiroyuki; Mukherjee, Sabyasachi (2016). "Rayos de parámetros de no aterrizaje de los multicorns". Invenciones Mathematicae . 204 (3): 869–893 . arXiv : 1406.3428 . Código Bib : 2016InMat.204..869I . doi : 10.1007/s00222-015-0627-3 . S2CID 253746781 . 
  3. Atela, Pau (1992). "Bifurcaciones de rayos dinámicos en polinomios complejos de grado dos". Teoría ergódica y sistemas dinámicos . 12 (3): 401– 423. doi : 10.1017/S0143385700006854 . S2CID 123478692 . 
  4. Petersen, Carsten L.; Zakeri, Saeed (2020). "Puntos periódicos y rayos suaves". Geometría conforme y dinámica de la Sociedad Matemática Americana . 25 (8): 170– 178. arXiv : 2009.02788 . doi : 10.1090/ecgd/364 .
  5. Dinámica holomorfa: Sobre la acumulación de rayos de estiramiento, por Pia BN Willumsen, véase la página 12.
  6. La iteración de polinomios cúbicos Parte I  : La topología global del parámetro por BODIL BRANNER y JOHN H. HUBBARD
  7. Rayos de estiramiento para polinomios cúbicos por Pascale Roesch
  8. Komori, Yohei; Nakane, Shizuo (2004). "Propiedad de aterrizaje de rayos de estiramiento para polinomios cúbicos reales" (PDF) . Geometría y dinámica conformes . 8 (4): 87– 114. Bibcode : 2004CGDAM...8...87K . doi : 10.1090/s1088-4173-04-00102-x .
  9. ^ A. Douady, J. Hubbard: Etude dynamique des polynˆomes complexes. Publicaciones math´ematiques d'Orsay 84-02 (1984) (premi`ere partie) y 85-04 (1985) (deuxi`eme partie).
  10. Schleicher, Dierk (1997). "Rayos de parámetros racionales del conjunto de Mandelbrot". arXiv : math/9711213 .
  11. Vídeo  : La belleza y complejidad del conjunto de Mandelbrot de John Hubbard (ver parte 3)
  12. Yunping Jing  : Conectividad local del conjunto de Mandelbrot en ciertos puntos infinitamente renormalizables. Dinámica compleja y temas relacionados, nuevos estudios en matemáticas avanzadas, 2004, The International Press, 236-264.
  13. CUENCAS POLINÓMICAS DEL INFINITO LAURA DEMARCO Y KEVIN M. PILGRIM
  14. Cómo dibujar rayos externos por Wolf Jung
  15. Teselación y laminaciones de Lyubich-Minsky asociadas con mapas cuadráticos I: Semiconjugaciones de pinzamiento Tomoki Kawahira
  16. Rayos de parámetros de Douady Hubbard por Linas Vepstas
  17. John H. Ewing, Glenn Schober, El área del conjunto de Mandelbrot
  18. Irwin Jungreis: La uniformización del complemento del conjunto de Mandelbrot. Duke Math. J. Volumen 52, Número 4 (1985), 935-938.
  19. ^ Adrien Douady, John Hubbard, Etudes dynamique des polynomes complexes I y II, Publ. Matemáticas. Orsay. (1984-85) (Las notas de Orsay)
  20. Bielefeld, B.; Fisher, Y.; Vonhaeseler, F. (1993). "Cálculo de la serie de Laurent del mapa Ψ: C − D → C − M" . Advances in Applied Mathematics . 14 : 25–38 . doi : 10.1006/aama.1993.1002 .
  21. Weisstein, Eric W. "Conjunto de Mandelbrot". De MathWorld: un recurso web de Wolfram.
  22. Un algoritmo para dibujar rayos externos del conjunto de Mandelbrot por Tomoki Kawahira
  23. http://www.mrob.com/pub/muency/externalangle.html Ángulo externo en Mu-ENCY (la Enciclopedia del Conjunto de Mandelbrot) por Robert Munafo
  24. Cálculo del argumento externo por Wolf Jung
  25. A. DOUADY, Algoritmos para calcular ángulos en el conjunto de Mandelbrot (Dinámica caótica y fractales, ed. Barnsley y Demko, Acad. Press, 1986, págs. 155-168).
  26. Adrien Douady, John H. Hubbard: Explorando el conjunto de Mandelbrot. Notas de Orsay. página 58
  27. Explotando el corazón oscuro del caos, por Chris King, del Departamento de Matemáticas de la Universidad de Auckland.
  28. Dinámica topológica de funciones enteras por Helena Mihaljevic-Brandt
  29. Rayos dinámicos de funciones completas y su comportamiento de aterrizaje por Helena Mihaljevic-Brandt
  • Lennart Carleson y Theodore W. Gamelin , Dinámica compleja , Springer 1993
  • Adrien Douady y John H. Hubbard, Etude dynamique des polynômes complexes , Prépublications mathémathiques d'Orsay 2/4 (1984/1985)
  • John W. Milnor, Órbitas periódicas, rayos externos y el conjunto de Mandelbrot: una explicación ; Géométrie complexe et systèmes dynamiques (Orsay, 1995), Astérisque n.° 261 (2000), 277–333. (Publicado originalmente como preimpresión del Stony Brook IMS en 1999, disponible en arXiv:math.DS/9905169 ).
  • John Milnor , Dinámica en una variable compleja , Tercera edición, Princeton University Press, 2006, ISBN 0-691-12488-4
  • Wolf Jung  : Homeomorfismos en los bordes del conjunto de Mandelbrot. Tesis doctoral de 2002.
  • Potencial de Hubbard Douady, Líneas de Campo por Íñigo Quilez
  • Rayos internos entrelazados en conjuntos de Julia de mapas racionales por Robert L. Devaney
  • Extensión de rayos externos a través de los conjuntos de Julia de aplicaciones racionales por Robert L. Devaney con Figen Cilingir y Elizabeth D. Russell
  • Presentación de John Hubbard, La belleza y la complejidad del conjunto de Mandelbrot, parte 3.1. Archivada el 26 de febrero de 2008 en Wayback Machine.
  • Vídeos de ImpoliteFruit
  • Milan Va. "Dibujo del conjunto de Mandelbrot" . Consultado el 15 de junio de 2009 .{{cite web}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
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