Articulo de referencia

n -escama

Un n -flake , poliflake o n- gono de Sierpinski , [ 1 ] : 1 es un fractal construido a partir de un n -gono . Este n -gono se reemplaza por un flake de n- gonos más pequeños, de...

Un n -flake , poliflake o n- gono de Sierpinski , [ 1 ] : 1 es un fractal construido a partir de un n -gono . Este n -gono se reemplaza por un flake de n- gonos más pequeños, de modo que los polígonos escalados se colocan en los vértices y, a veces, en el centro. Este proceso se repite recursivamente para dar como resultado el fractal. Normalmente, también existe la restricción de que los n -gonos deben tocarse pero no superponerse.

En dos dimensiones

La variedad más común de n- flake es bidimensional (en términos de su dimensión topológica ) y está formada por polígonos. Los cuatro casos especiales más comunes están formados por triángulos, cuadrados, pentágonos y hexágonos, pero puede extenderse a cualquier polígono. [ 1 ] : 2 Su límite es la curva de von Koch de distintos tipos —dependiendo del n- gono— y contiene infinitas curvas de Koch. Los fractales ocupan área cero pero tienen un perímetro infinito.

La fórmula del factor de escala r para cualquier n -escama es: [ 2 ]

r=12(1+k=1norte/4porque2πknorte){\displaystyle r={\frac {1}{2\left(1+\displaystyle \sum _{k=1}^{\lfloor n/4\rfloor }{\cos {\frac {2\pi k}{n}}}\right)}}}

donde el coseno se evalúa en radianes y n es el número de lados del n -gono. La dimensión de Hausdorff de un n -lámina esregistrometroregistror{\displaystyle \textstyle {\frac {\log m}{\log r}}}donde m es el número de polígonos en cada copo individual y r es el factor de escala.

Triángulo de Sierpinski

El triángulo de Sierpinski es una n -lasca formada por sucesivas lascas de tres triángulos. Cada lasca se forma colocando triángulos escalados por 1/2 en cada esquina del triángulo que reemplazan. Su dimensión de Hausdorff es igual aregistro(3)registro(2){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(3)}{\log(2)}}}≈ 1.585. Elregistro(3)registro(2){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(3)}{\log(2)}}}se obtiene porque cada iteración tiene 3 triángulos que se escalan por  1/2.

Fractal de Vicsek

La quinta iteración del fractal de Vicsek

Si se construyera un cuadrágono de Sierpinski a partir de la definición dada, el factor de escala sería 1/2 y el fractal sería simplemente un cuadrado. Una alternativa más interesante, el fractal de Vicsek , raramente llamado cuadrilátero, está formado por sucesivas láminas de cinco cuadrados escaladas por 1/3. Cada lámina se forma colocando un cuadrado escalado en cada esquina y uno en el centro, o uno en cada lado del cuadrado y uno en el centro. Su dimensión de Hausdorff es igual aregistro(5)registro(3){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(5)}{\log(3)}}}≈ 1,4650. Elregistro(5)registro(3){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(5)}{\log(3)}}}se obtiene porque cada iteración tiene 5 cuadrados que se escalan por 1/3. El límite del fractal de Vicsek es una curva de Koch cuadrática de tipo 1 .

Pentaflake

Acercamiento al límite de una variación del pentaflake

Un pentaflaco, o pentágono de Sierpinski, está formado por sucesivas lascas de seis pentágonos regulares. [ 3 ] Cada lasca se forma colocando un pentágono en cada esquina y uno en el centro. Su dimensión de Hausdorff es igual aregistro(6)registro(1+φ){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(6)}{\log(1+\varphi )}}}≈ 1,8617, dondeφ=1+52{\displaystyle \textstyle {\varphi ={\frac {1+{\sqrt {5}}}{2}}}}( proporción áurea ). Elregistro(6)registro(1+φ){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(6)}{\log(1+\varphi )}}}se obtiene porque cada iteración tiene 6 pentágonos que se escalan por11+φ{\displaystyle \textstyle {\frac {1}{1+\varphi }}}El límite de un pentaflake es la curva de Koch de 72 grados.

También existe una variación del pentaflake que no tiene pentágono central. Su dimensión de Hausdorff es igual aregistro(5)registro(1+φ){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(5)}{\log(1+\varphi )}}}≈ 1,6723. Esta variación aún contiene infinitas curvas de Koch, pero son algo más visibles.

Los patrones concéntricos de teselas con forma de pentaescama pueden cubrir el plano, con el punto central cubierto por una tercera forma formada por segmentos de curva de Koch de 72 grados, también con simetría rotacional y reflectiva quíntuple.

Hexaflake

Una hexaflaca se forma mediante sucesivas lascas de siete hexágonos regulares. [ 4 ] Cada lasca se forma colocando un hexágono escalado en cada esquina y uno en el centro. Cada iteración tiene 7 hexágonos que se escalan por 1/3. Por lo tanto, la hexaflaca tiene 7 n −1 hexágonos en su n -ésima iteración, y su dimensión de Hausdorff es igual aregistro(7)registro(3){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(7)}{\log(3)}}}≈ 1,7712. El límite de un hexaflake es la curva de Koch estándar de 60 grados y contiene infinitos copos de nieve de Koch . Además, la proyección del cubo de Cantor sobre el plano ortogonal a su diagonal principal es un hexaflake. El hexaflake se ha aplicado en el diseño de antenas [ 4 ] y fibras ópticas [ 5 ] .

Al igual que el pentaflake, también existe una variación del hexaflake, llamado hexágono de Sierpinski, que no tiene hexágono central. [ 6 ] Su dimensión de Hausdorff es igual aregistro(6)registro(3){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(6)}{\log(3)}}}≈ 1,6309. Esta variación aún contiene infinitas curvas de Koch de 60 grados.

Polyflake

n-flakes (sin polígonos centrales) de lados 3 a 10 y órdenes 0 a 4 [ 7 ] (haga clic o toque para ampliar).
n-copos (con polígonos centrales) de lados 3 a 10 y órdenes 0 a 4 [ 7 ] (haga clic o toque para ampliar).

También existen n -láminas de polígonos superiores, aunque son menos comunes y generalmente no tienen un polígono central. [Si se genera un polígono central, el factor de escala difiere para números pares e impares.]norte{\displaystyle n}:R=12r{\displaystyle R=1-2r}inclusonorte{\displaystyle n}yR=1rdoos(π/norte)r{\displaystyle \textstyle {R={\frac {1-r}{cos(\pi /n)}}-r}}para imparnorte{\displaystyle n}A continuación se muestran algunos ejemplos: desde el copo de 7 hasta el de 12 copos. Aunque no sea obvio, estos copos poliédricos de mayor número aún contienen infinitas curvas de Koch, pero el ángulo de las curvas de Koch disminuye a medida que n aumenta. Sus dimensiones de Hausdorff son ligeramente más difíciles de calcular que las de los copos de n menor número porque su factor de escala es menos evidente. Sin embargo, la dimensión de Hausdorff siempre es menor que dos, pero nunca menor que uno. Un copo de n interesante es el copo infinito, porque a medida que aumenta el valor de n , la dimensión de Hausdorff de un copo de n se aproxima a 1, [ 1 ] : 7

En tres dimensiones

Los n -flakes se pueden generalizar a dimensiones superiores, en particular a una dimensión topológica de tres. [ 8 ] En lugar de polígonos, se reemplazan iterativamente poliedros regulares . Sin embargo, si bien hay un número infinito de polígonos regulares, solo hay cinco poliedros regulares y convexos. Debido a esto, los n-flakes tridimensionales también se denominan fractales sólidos platónicos . [ 9 ] En tres dimensiones, el volumen de los fractales es cero.

tetraedro de Sierpinski

Un tetraedro de Sierpinski está formado por láminas sucesivas de cuatro tetraedros regulares. Cada lámina se forma colocando un tetraedro escalado por 1/2 en cada esquina. Su dimensión de Hausdorff es igual aregistro(4)registro(2){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(4)}{\log(2)}}}, que es exactamente igual a  2. En cada cara hay un triángulo de Sierpinski y dentro de él se encuentran infinitos.

copo de hexaedro

Un hexaedro, o cubo, definido de la misma manera que el tetraedro de Sierpinski es simplemente un cubo [ 10 ] y no es interesante como fractal. Sin embargo, existen dos alternativas agradables. Una es la Esponja de Menger , donde cada cubo es reemplazado por un anillo tridimensional de cubos. Su dimensión de Hausdorff esregistro(20)registro(3){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(20)}{\log(3)}}}≈ 2,7268.

Se puede producir otra escama hexaédrica de manera similar al fractal de Vicsek extendido a tres dimensiones. Cada cubo se divide en 27 cubos más pequeños y se conserva la cruz central, lo cual es lo opuesto a la esponja de Menger donde se elimina la cruz. Sin embargo, no es el complemento de la esponja de Menger. Su dimensión de Hausdorff esregistro(7)registro(3){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(7)}{\log(3)}}}≈ 1,7712, porque una cruz de 7 cubos, cada uno escalado por 1/3, reemplaza a cada cubo.

copo octaédrico

Una lámina de octaedro, u octaedro de Sierpinski, se forma mediante láminas sucesivas de seis octaedros regulares. Cada lámina se forma colocando un octaedro escalado por 1/2 en cada esquina. Su dimensión de Hausdorff es igual aregistro(6)registro(2){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(6)}{\log(2)}}}≈ 2,5849. En cada cara hay un triángulo de Sierpinski y dentro de él se encuentran infinitos.

copo de dodecaedro

Una lasca de dodecaedro, o dodecaedro de Sierpinski, se forma mediante lascas sucesivas de veinte dodecaedros regulares. Cada lasca se forma colocando un dodecaedro escalado por12+φ{\displaystyle \textstyle {\frac {1}{2+\varphi }}}en cada esquina. Su dimensión Hausdorff es igual aregistro(20)registro(2+φ){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(20)}{\log(2+\varphi )}}}≈ 2,3296.

copo de icosaedro

Una lasca de icosaedro, o icosaedro de Sierpinski, se forma mediante sucesivas lascas de doce icosaedros regulares. Cada lasca se forma colocando un icosaedro escalado por11+φ{\displaystyle \textstyle {\frac {1}{1+\varphi }}}en cada esquina. Su dimensión Hausdorff es igual aregistro(12)registro(1+φ){\displaystyle \textstyle {\frac {\log(12)}{\log(1+\varphi )}}}≈ 2,5819.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 Dennis, Kevin; Schlicker, Steven, Sierpinski y -Gons (PDF)
  2. Riddle, Larry. "Sierpinski n-gons" . Consultado el 9 de mayo de 2011 .
  3. Weisstein, Eric W. "Pentaflake" . MathWorld .
  4. 1 2 Choudhury, SM; Matin, MA (2012), "Efecto del plano de tierra FSS en la segunda iteración de la antena de parche fractal hexaflake", 7.ª Conferencia Internacional sobre Ingeniería Eléctrica e Informática (ICECE 2012) , págs. 694–697 , doi : 10.1109/ICECE.2012.6471645 , ISBN  978-1-4673-1436-7.
  5. Lai, Zheng-Xuan (2012), Fibras ópticas autosimilares , tesis doctoral, Universidad de Syracuse, Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática LC Smith.
  6. Devaney, Robert L. (noviembre de 2004), "¡El caos manda!" (PDF) , Math Horizons , 12 (2): 11–13 , doi : 10.1080/10724117.2004.12023675.
  7. 1 2 R.Ugalde, Laurence. "n-flakes en el lenguaje de programación Fōrmulæ" . Fōrmulæ . Recuperado el 1 de junio de 2024 .
  8. ^ Kunnen, Aimee; Schlicker, Steven, Poliedros regulares de Sierpinski (PDF)
  9. Paul Bourke (diciembre de 2005). "Fractales sólidos platónicos y sus complementos" . Archivado del original el 9 de diciembre de 2014. Recuperado el 4 de diciembre de 2014 .
  10. ^ Kunnen, Aimee; Schlicker, Steven, Poliedros regulares de Sierpinski (PDF) , pág. 3 
  • Quadraflakes, Pentaflakes, Hexaflakes y más : incluye código Mathematica para generar estos fractales.
  • Código Javascript para cubrir el plano con teselas Pentaflake simétricas de 5 pliegues.