fgdgfgdgdfdfgdfgd Covorul lui Sierpinski 
Fractali Obiecte fractale Dimensiunea fractala Covorul lui Sierpinski Proiectant

Covorul lui Sierpinski

Este o alta forma de repartizare a unor goluri pentru a modela o "sita naturala". In acest caz, factorul de scara este 3, adica initiatorul constituit dintr-un patrat plin este divizat în 9 parti egale din care se îndeparteaza partea centrala. Raportul de masa este 8, adica sunt 8 patrate negre ramase prin eliminarea celui din mijloc (fig.1).

fig. 1

Numarul de obiecte geometrice generate recurent este extrem de mare. Amintim doar ca exista doua categorii esentiale ce asigura o apropiere de realitate a obiectelor generate si apoi utilizate în a descoperi proprietati noi ce decurg din înlocuirea conceptului de mediu omogen si izotrop din modelele clasice de comportare a materiei în diferite câmpuri fizice si chimice cu un mediu anizotrop structurat fractal, mai aproape de realitatea fizica.
Exista asa numitii: fractali neuniformi si fractali aleatori. Fractalii neuniformi iau nastere prin aplicarea simultana a 2 factori de scara, (fig.2).

fig. 2.

Aceasta structura este mai complicata si intra în categoria multifractalilor. Fractalii aleatorii sunt fractalii a caror lege de constructie nu asculta de legi deterministe. Astfel, numarul de obiecte ce se genereaza la fiecare iteratie, precum si pozitia lor este aleatoare. Dimensiunea fractala devine o proprietate a ansamblului statistic de obiecte.
Una dintre primele functii fractale aleatoare studiate a fost traiectoria miscarii browniene. Dimensiunea fractala a graficului deplasarii unei particule browniene în timp este 1,5. Aceste structuri prezintã un interes deosebit în modelarea si investigarea structurilor reale.

 

Triunghiul lui Sierpinski

Probabil cel mai cunoscut fractal al tuturor timpurilor este asa-numitul triunghi al lui Sierpinski. Modul de realizare al acestui fractal este foarte simplu: la inceput se deseneaz„ un triunghi pe care il vom diviza in patru parti egale, iar trei dintre ele (cele din exterior) vor fi s i ele divizate (folosind acelasi procedeu), procesul continuand la infinit pentru toate triunghiurile formate. In figura de mai jos este prezentata modalitatea de constructie descrisa anterior.

fig. 3 Triunghiul lui Sierpinski

Desigur, pentru a putea realiza forma matematica imaginata de Sierpinski ar insemna sa putem trasa linii de divizare infinit de mici. In figura sunt ilustrati doar primii pasi efectuati.

O alta modalitate de realizare a acestui fractal este urmatoarea: se porneste de la un triunghi plin in care se decupeaza triunghiuri egale cu un sfert din triunghiul initial. Daca repetam la infinit acest proces, atunci vom obtine un fractal identic cu triunghiul lui Sierpinski (uneori, cand este realizat prin aceasta tehnica el se mai numeste si garnitura lui Sierpinski. Primii pasi ai acestui procedeu sunt prezentati in figura 4.

fig. 4 Garnitura lui Sierpinski

Pana acum totul ar parea in regula, nici o lege a matematicii nefiind incalcata. Problema a aparut atunci cand Sierpinski a incercat sa determine aria pe care o ocupa acest fractal. Pe de o parte am putea crede ca aria este zero, deoarece un numar infinit de gauri acopera in cele din urma orice suprafata plina din triunghi. Pe de alta parte insa, la un moment dat, indepartam doar un sfert din aria ramasa, lasand mare parte inca acoperita si, deci, oricat de mult am repeta aceasta operatiune, intotdeauna va ramane mai mult decat s-a luat. Deci aria nu ajunge niciodata zero. Acest tip de problema l-a tulburat pe Leibnitz si a ridicat dificultati matematicienilor inca din antichitate. Dar, sa vedem, totusi, cat este aria triunghiului lui Siepinski. Chiar daca intuitia sugereaza ca ea ar fi zero, exista o demonstratie care ne arata ca ea nu poate fi zero. Cu toate acestea, comunitatea matematicienilor a hotarat ca aria sa fie considerata zero, acest lucru datorandu-se in principal imposibilitatii raspunderii la intrebarea: "Daca aria nu este zero, atunci cat este?". Neputand combate acest lucru, Sierpinski si colegii lui au admis ca problema ariei infinit de mici, dar diferita de zero a fost doar "un vis urat".

Curbe de umplere a spatiului

Chiar daca lui Sierpinski i s-a impus acceptarea faptului ca aria unei forme alcatuite doar din linii este zero, matematicienii au incercat sa demonstreze contrariul. O alta forma imaginata de acelasi matematician este covorul lui Sierpinski. Forma geometrica de la care se porneste este un segment de dreapta care este apoi inlocuit cu alte opt segmente de dreapta (asa cum se poate vedea in figura 5). Fiecare segment este inlocuit cu forma intreaga si procesul continua la infinit. Asemanandu-se foarte tare cu triunghiul lui Sierpinski si putand fi obtinut prin metoda prezentata mai sus, dar si prin decuparea de gauri intr-un patrat plin, s-ar putea ivi si aici aceeasi controversa legata de aria formei.

fig. 5 Covorul lui Sierpinsi

Plecand de la covorul lui Sierpinski, matematicianul Giusseppe Peano a descris forma numita curba de umplere a spatiului a lui Peano. Realizarea ei difera doar prin adaugarea unui al noualea segment de dreapta, asa cum se poate vedea in figura 6.

fig. 6 Curba de umplere a spatiului a lui Peano

Folosind aceasta curba pe care a prezentat-o in anul 1890 (cand avea titlul de profesor extraordinar de calcul infinitezimal la Universitatea din Torino), Peano a demonstrat ca se poate umple o portiune din spatiu, folosind o curba continua care nu are latime (deci nu are arie). In consecinta, aria curbei de umplere a spatiului este egala cu aria in care este inscrisa. Asa s-a ajuns ca o forma alcatuita din segmente de dreapta se umple suprafata unui plan bidimensional.

Algoritmul de generare a covorului lui Sierpinski
Algoritm covor_SIERPINSKI ;
Var x0,y0,l: real;
niv: integer;

procedure PATRAT ( x,y,l: real );

 

begin

 

 

 

 

 

end ;

PEN_UP;
SET_REPER ( x,y );
PEN_DOWN;
FOR_WARD ( l );
RIGHT ( 90 );
FOR_WARD ( l );
RIGHT ( 90 );
FOR_WARD ( l );
RIGHT ( 90 );
FOR_WARD ( l );
RIGHT ( 90 );

procedure COVOR ( x,y,l: integer; niv: integer );
var i: integer;

 

begin

 

 

if niv = 0 then PATRAT ( x + 1/3 , y + 1/3 , 1/3 );
else
begin

 

 

PATRAT ( x + 1/3 , y + 1/3, 1/3 );
For i := 0 to 2 do
COVOR ( x , y + i*1/3 , 1/3 , niv-1 );
COVOR ( x + 1/3 , y + 2*1/3 , 1/3 , niv-1 );
For i := 0 to 2 do
COVOR ( x + 2*1/3 , y + ( 2 – i )*1/3 , 1/3 , niv-1 );
COVOR ( x + 1/3 , y , 1/3 , niv -1 );
 
    end:
  end;  
 
©2003 Valentin Dan Grindeanuu

Fractali Obiecte fractale Dimensiunea fractalaCovorul lui SierpinskiProiectant