FRAKTALER. Hans Fogedby Institut for fysik og astronomi



Relaterede dokumenter
Kaos og fraktaler i dynamiske systemer. Bodil Branner Institut for Matematik Danmarks Teniske Universitet (DTU)

Projekt 5.9. Geometriske fraktaler og fraktale dimensioner

Fraktaler. Vejledning. Et snefnug

Fraktaler en helt ny form for matematik

Fra tilfældighed over fraktaler til uendelighed

Fraktaler Mandelbrots Mængde

Fra tilfældighed over fraktaler til uendelighed

På opdagelse i Mandelbrot-fraktalen En introduktion til programmet Mandelbrot

Smuk matematik eller hvorfor vejrudsigten aldrig passer?

Årsplan 2015/2016. Uge Tal - Eleven har viden om regningsarternes hierarki. Mundtlig evaluering Skriftlige prøver Kan kan næsten cirkel

Billeder af Julia-mængder

Naturvidenskab. En fællesbetegnelse for videnskaberne om naturen, dvs. astronomi, fysik, kemi, biologi, naturgeografi, biofysik, meteorologi, osv

Udvalgsaksiomet. Onsdag den 18. november 2009

Fraktaler. Mandelbrots Mængde. Foredragsnoter. Af Jonas Lindstrøm Jensen. Institut For Matematiske Fag Århus Universitet

Variable. 1 a a a 5 2a 3a + 6 a + 5 3a a 2 a 2 a ,5 1,5 4 7,5 4 0

July 23, FysikA Kvantefysik.notebook

Fraktaler INTRO. FRAKTALER M l 57

3. KLASSE UNDERVISNINGSPLAN MATEMATIK!

Matematik i indskolingen - de mindste børn

Klassisk kaos. Kaotiske systemer. Visse regulariteter universalitet

Fraktaler: Viskøse Fingre og DLA

Forord. Dette materiale er ophavsretligt beskyttet og må ikke videregives

Matematikkens metoder illustreret med eksempler fra ligningernes historie. Jessica Carter Institut for Matematik og Datalogi, SDU 12.

SAMFUNDSVIDENSKABELIG METODE

Skønheden begynder med

Mere om differentiabilitet

Kommentarer til den ægyptiske beregning Kommentarer til den ægyptiske beregning... 5

6. Samf A, Mat A, Naturgeografi B,

AT-1. Oktober 09 + December 10 + November 11. CL+JW. Stenhus. side 1/5

Naturens fraktale geometri

MatematiKan og Fælles Mål

Mattip om. Geometri former og figurer. Du skal lære: Kan ikke Kan næsten Kan. At finde og tegne former og figurer

Læs selv om UENDELIGHED. Erik Bjerre og Pernille Pind Forlaget Mañana

FP9. Matematisk problemløsning. 9.-klasseprøven. December 2015

Forløbet Stoffernes opbygning behandler stofs faseovergange, tilstandsformer, kogepunkt og smeltepunkt.

Undervisningsbeskrivelse

Fraktaler Af Hans Marius Kjærsgaard

Det er en af de hyppigst forekommende udregninger i den elementære talbehandling at beregne gennemsnit eller middeltal af en række tal.

Emil, Nicklas, Jeppe, Robbin Projekt afkodning

Kan formler overraske?

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

Årsplan for matematik i 0.kl. Herborg Friskole 2013/2014

Bedømmelseskriterier Naturfag

Sohngårdsholmsvej 47, 9000 Aalborg, Tlf ,

Gymnasieøvelse i Skanning Tunnel Mikroskopi (STM)

8 danske succeshistorier

- et matematisk symbol

Computeren repræsenterer en teknologi, som er tæt knyttet til den naturvidenskabelige tilgang.

Forord 3 Strukturen i denne bog 6

I Begyndelsen var Tomheden. Click here if your download doesn"t start automatically

2) foretage beregninger i sammenhæng med det naturfaglige arbejde, 4) arbejde sikkerhedsmæssigt korrekt med udstyr og kemikalier,

Naturvidenskabelig metode

T.N. Thiele Centret for Anvendt Matematik. Naturvidenskaberne

Almen Matematisk Dannelse

Om at finde bedste rette linie med Excel

Matematik Færdigheds- og vidensmål (Geometri og måling )

1b. Mat A, Kemi A, Fys B

Tal og algebra. I kapitlet arbejdes med følgende centrale matematiske begreber: algebra variable. Huskeliste: Tændstikker (til side 146) FRA FAGHÆFTET

Matematisk æstetik. Jonas Lindstrøm Jensen, ph.d-studerende. 28. oktober 2009

På opdagelse i det matematiske laboratorium En introduktion til eksperimentel matematik

Udviklingsprogrammet FREMTIDENS DAGTILBUD LÆRINGSTEMA NATUR- FÆNOMENER

brikkerne til regning & matematik tal og algebra preben bernitt

Matematik interne delprøve 09 Tesselering

Webinar - Matematik. 1. Fælles Mål Relationsmodellen og et forløbsplanlægningsskema

Excel regneark. I dette kapitel skal I arbejde med noget af det, Excel regneark kan bruges til. INTRO EXCEL REGNEARK

Jitt og projekter. Projektorganiseret undervisning og Just in time teaching. Forsøg udført på en 1.g (2.g) naturvidenskabelig studieretning

Vejr. Matematik trin 2. avu

NORDJYSK ASTRONOMISK FORENING FOR AMATØRER. Formandsberetning 2014 Årets gang i NAFA: Vi er nu 81 medlemmer i NAFA. Sidste år 88 medlemmer

Aristoteles om uendelighed

Fagårsplan 10/11 Fag: Matematik Klasse: 8.A Lærer: Henrik Stillits Fagområde/ emne Færdighedsregning - Typer af opgaver - Systematik

Jes S. Jørgensen Matematiklærer på Espergærde Gymnasium MATEMATIK

Appendiks 6: Universet som en matematisk struktur

Benjamin Franklin Prøv ikke at gentage forsøget!

Skriftlig Eksamen Diskret Matematik (DM528)

U = φ. R = ρ l A. Figur 1 Sammenhængen mellem potential, φ og spændingsfald, U: U = φ = φ 1 φ 2.

Historie: Eksempler på emner og opgaveformuleringer

Drengenes viden om pyramider

Gödels ufuldstændighedssætninger

Symmetrier og Mønstre Symmetri, molekylær gastronomi og livets kemi, Karl Anker Jørgensen, Kemi Symmetri og netværk i biologiens verden, Jens Mogens O

π can never be expressed in numbers. William Jones og John Machins algoritme til beregning af π

tjek.me Forårskatalog 2018 Matematik By Knowmio

Guide til Condes. Indhold:

Fagårsplan 10/11 Fag: Matematik Klasse: 7.ABC Lærer: Henrik Stillits. Fagområde/ emne

Matematikkommission Læreplaner og it

Anden grads polynomier og populations dynamik

Om produktiviteten i den offentlige sektor. Martin Paldam Økonomisk Institut, Århus Om mig:

Årsplan for matematik 4.kl udarbejdet af Anne-Marie Kristiansen (RK)

Uddybning Undervisning form IT Færdigheds- og vidensmål

Kvantemekanik. Atomernes vilde verden. Klaus Mølmer. unı vers

Undervisningsbeskrivelse

Årsplan for matematik i 2. klasse

Undervisningsbeskrivelse

Yngre Talenters efterårsprogram Akademiet for Talentfulde Unge Øst

Hvem sagde variabelkontrol?

WORKSHOP 1C, DLF-kursus, Brandbjerg Højskole, den 25. november 2015

Gödels ufuldstændighedssætninger

Projekt 3.1 Pyramidestub og cirkelareal

TRIGONOMETRI, 4 UGER, 9.KLASSE.

Symmetri og matematik i natur og forståelse

10.klasse. Naturfaglige fag: Matematik, Fysik/kemi. Matematik. Formål for faget matematik

Transkript:

FRAKTALER Hans Fogedby Institut for fysik og astronomi

OVERSIGT Hvad er en fraktal Lidt historie Fraktaler i matematikken Den fraktale dimension Fraktaler i fysikken Fraktaler i biologien Fraktaler som pynt FRAKTALER 2

Hvad er en fraktal Clouds are not spheres, mountains are not cones, coastlines are not circles,, and bark is not smooth,, nor does lightning travel in a straight line Mandelbrot 1983 Ny geometrisk beskrivelse af skala-invariante, eller selvsimilære genstande i naturvidenskaberne og matematikken. Fraktaler karakteriseres af den såkaldte fraktale dimension D. Menger s svamp Natur svamp FRAKTALER 3

Ligedannethed FRAKTALER 4

Ligedannethed Jonathan Swift (1667-1745) FRAKTALER 5

Lidt historie Leibnitz: Rekursiv ligedannethed Weierstrass Monsterfunktion Hilbert og Peano s Monsterkurver Koch s kurve og Cantor s fraktale støv Richardson: Kystlinie s længde Poincare,, Julia, Mandelbrot: Iteration af funktioner i den komplekse plan Witten og Sander: Diffusionsbegrænset aggregering (DLA) FRAKTALER 6

Fraktaler i matematikken Weierstrass monsterfunktion Von Koch s kurve Hilbert og Peano Cantor Julia og Mandelbrot FRAKTALER 7

Weierstrass monster funktion 1 a Fa ( x) = sin( π k x) a π k k = 1 Kurve sammenhængende, men knæk på alle skalaer k = 1 k 2 3 4 x = x+ x + x + x +.. Karl Weierstrass (1815-1887) FRAKTALER 8

Von Koch s kurve Kurve sammenhængende, men knæk på alle skalaer Helge von Koch (1870-1924) FRAKTALER 9

Hilbert og Peano Den rumfyldende Peano-kurve vendte op og ned på traditional matematik. Vilenkin udtrykte de således: Alt er gået fra hinanden! Det er svært at forklare den effekt Peano's resultat havde på den matematiske verden. Det syntes som om alt var ruiner, at alle basale matematiske begreber havde tabt deres betydning. David Hilbert (1862-1943) Giuseppe Peano (1858-1932) FRAKTALER 10

Hilbert Kurve FRAKTALER 11

Georg Cantor Grundlagde mængdeteori Indførte de uendelige tal (kardinaltal) Revolutionerede matematikken Nogle citater: Jeg placerer mig selv i modsætning til de udbredte forestillinger vedrørende det matematiske uendelighedsbegreb (Cantor) Fra hans paradis skal ingen udvise os (Hilbert) Cantorism er en sygdom som matematikken må komme sig over (Poincare) Georg Cantor (1845-1918) Tågesnak (Weyl) FRAKTALER 12

Cantor-mængden Cantor-mængden kan ikke tælles Canter-mængden har ingen længde Cantor-mængden er en fraktal Procedure: Først fjernes en tredjedel, dernæst fjernes en tredjedel af tredjedelene, etc. L = 1 Hvad fjerner vi: FRAKTALER 13

Kvadratisk Julia-mængde x = x y + y 2 2 n+ 1 n n n+ 1 n n Julia-mængder konstant = 2 x y + konstant Julia-mængden består af de punkter i x-y planen som ikke forsvinder væk når vi itererer Gaston Julia (1893-1978) FRAKTALER 14

Benoit Mandelbrot Clouds are not spheres, mountains are not cones, coastlines are not circles, and bark is not smooth, nor does lightning travel in a straight line Indførte betegnelsen fraktal Demonstrerede anvendelse af fraktal geometri i matematikken og fysikken Bog: The Fractal Geometry of Nature Benoit Mandelbrot FRAKTALER 15

Mandelbrot-mængden Mandelbrot click Kan Zoomes click Automatisk click FRAKTALER 16

Den fraktale dimension Dæk genstanden med N kasser med sidelængde a. N(a) vil afhænge af a Gør kasserne mindre og mindre. N(a) vil afhænge af a ifølge en potenslov log D N = a N = D log a D er den fraktale dimension FRAKTALER 17

Gensyn med Koch-kurven N(a)=a -D, D fraktale dimension N(1) = 1, N(1/3) = 4, N(1/9)=16,.. N(1/3 n )=4 n D Koch =log4/log3 ~ 1.26 1< D Koch <2 Koch-kurven har en dimension større end én Koch-kurven er ulden Koch-kurven er uendelig lang Repræsenterer en matematisk kystlinje FRAKTALER 18

Gensyn med Cantor mængden N(a)=a -D, D fractal dimension N(1) = 1, N(1/3) = 2, N(1/9)=4,.. N(1/3 n )=2 n D Cantor =log2/log3 ~ 0.63 0< D Cantor <1 Cantor-mængden har en dimension mindre end én Cantor-mængden er som støv Cantor-mængden har ingen længde FRAKTALER 19

Lewis Fry Richardson Matematiker, fysiker og psykolog Beskæftigede sig med vejrudsigter Matematisk analyse af krig. Bog: Dødelige konflikters statistik Teori for turbulens i væsker Forskning i længden af kyster og landegrænser Lewis Fry Richardson (1881-1953) FRAKTALER 20

Englands kystlinje Richardson stillede spørgsmålet: Hvor lang er Englands kyst S Længde (Målestok), s'te potens Log(Længde) S Log(Målestok) S kaldes skalerings-eksponenten Google Earth S= - 0.25 Englands vestkyst S= - 0.15 Tysklands landegrænse S= - 0.14 Portugal s landegrænse S= - 0.02 Sydafrikas kystlinje FRAKTALER 21

Fraktaler i fysikken DLA Udladninger Kolloider og elektroder Viskøs fingerdannelse Flammefront og snefald FRAKTALER 22

Diffusionsbegrænset aggregering (DLA) Komputer-simulering af model for vækst Foreslået af Witten og Sander (1981) Tilføj kim i midten Lad partikler diffunderer ind fra omkredsen Hvis en partikel rammer kim-partiklen sidder den fast Der dannes en forgrenet struktur (diffusions begrænset) Aggregatet har en fraktal dimension Diffusion Limited Aggregation (DLA) FRAKTALER 23

DLA s fraktale dimension Analyser morfologien af DLA klyngen ved hjælp af den fraktale dimension D N ( R) R R størrelsen af klyngen N(R) aggregerede partikler inden for en radius R D = 2 for kompakt vækst D < 2 for fraktal vækst Log-log plot af N(R) mod R Hældningen giver den fraktale dimension D DLA s fraktale dimension D 1.7 FRAKTALER 24

Overfladeudladning Udladninger Udladningsmønster i en plastikblok Opladet ved hjælp af 2 MeV elektroner FRAKTALER 25

Kolloider og elekroder FRAKTALER 26

Viskøs fingerdannelse Farvet vand sprøjtet ind i vådt ler At presse olie ud af klipper FRAKTALER 27

Flammefront og snefald Udbredelse af flammefront Snefald på rude Komputersimulering FRAKTALER 28

Fraktaler i biologien Bakteriekoloni Komputergenereret fraktal Fraktal vækst af bacillus subtilis Eksperiment udført af Matsushita og Fujikawa Der iagttages fraktal vækst DLA-lignende mønstre Fraktal dimension D ~1.72 FRAKTALER 29

Visne blade Vissen bladkant Self-similær Koch-kurve FRAKTALER 30

Koraller og blomkål Skala-invariant blomkål Skala-invariant koralvækst FRAKTALER 31

Fraktaler som pynt FRAKTALER 32

Blue metal FRAKTALER 33

Medusa FRAKTALER 34

Druer FRAKTALER 35

Slut FRAKTALER 36