Autor Tema: Caótico comportamiento conjunto de Julia

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13 Mayo, 2009, 05:52 pm
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marsillun

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hola, soy una chica que esta estudiando aeronautica y tengo que hacer un trabajo.
Tengo algunas dudas sobre como justificar el caotico comportamiento del conjunto de Julia en puntos muy proximos.

Me podriais ayudar???

muchas gracias :)

13 Mayo, 2009, 07:32 pm
Respuesta #1

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

 Básicamente para definir un conjunto de Julia, se escoge una función compleja \( f(z) \) y se construye una sucesión recursiva:

\(  x_{n+1}=f(x_n) \)

 Un punto \( x_0 \) pertence al conjunto si la sucesión diverge. Si uno representa eso gráficamente ve que la frontera del conjunto está "muy arrugada" de manera que puntos muy próximos tienen comportamientos radicalemente distintos (convergencia o divergencia).

 Esto es una idea intuitva muy básica.

 Más información, por ejemplo, aquí:

http://rinconmatematico.com/ismael/juliamandelbrot/juliamandelbrot.pdf

Saludos.

13 Mayo, 2009, 07:33 pm
Respuesta #2

Jabato

  • Visitante
¿Podías explicar con algo más de detalle a que te refieres con "caótico comportamiento"?

Como ya te ha explicado el manco los fractales se generan a estudiar el comportamiento de series iteradas dependientes de un punto ó valor inicial del primer término la serie. Las más conocidas se estudian en el campo complejo, como el fractal de Mandelbrot ó los conjuntos de Juliá, aunque es posible diseñar fractales de mucho tipos y no necesariamente en el campo complejo. Analizando el comportamiento de la serie en función del punto inicial se observa en ocasiones que existen puntos en que no es posible predecir cual será el comportamiento de la serie dado que las fronteras que delimitan las regiones de divergencia y no divergencia están tan "arrugadas" que no puede determinarse, salvo para un número teóricamente infinito de iteraciones, cual será la tendencia. Estas regiones son precisamente las que denominamos fractales y en ellas el comportamiento se dice que es caótico (la palabra caótico en teoría del caos es sinónimo de impredecible). Hay mucho escrito sobre fractales y teoríadel caos, así que si concretas un poco nos podremos entender mejor.

Te pondré un ejemplo más concreto, si analizamos el comportamiento de una serie iterada cualquiera vemos que existen distintas posibilidades:

a).- Diverge, cuando cada término de la serie se aleja indefinidamente del punto inicial
b).- Converge, cuando existe un punto límite
c).- Cíclico, cuando a partir de uno determinado los términos de la serie se repiten de forma cíclica, en este caso el número de iteraciones necesarias para cubrir un ciclo puede ser cualquiera, desde 1 hasta infinito.
d).- aleatorio, cuando no se observa una ley que permita predecir el valor del término siguiente, como en el caso de las mantisas de los irracionales

etc.

Los fractales se presentan cuando los puntos en que la serie se comporta de una u otra forma se entremezclan de forma "intima", algo así como la mezcla de los racionales y los irracionales en la recta real, aunque en el caso de los conjuntos de Juliá ó el fractal de Mandelbrot la mezcla se realiza en el campo complejo, de manera que no es posible delimitar una frontera precisa que separe a los puntos de cada tipo, y resulta imposible entonces, en los puntos próximos a dicha frontera, predecir cual va a ser el comportamiento de la serie, de ahí la relación entre los fractales y la teoría del caos, y de ahí también el termino "comportamiento caótico" por el que nos preguntas.

Saludos, Jabato. ;D

13 Mayo, 2009, 08:54 pm
Respuesta #3

Jabato

  • Visitante
No, topo, "comportamiento caótico" debe traducirse en teoría del caos como "comportamiento impredecible", y puedo ponerte mil ejemplos en que se da el comportamiento que expones sin que exista en absoluto comportamiento caótico, no es esa la interpretación correcta de la palabra "caótico". Hay que matizar aqui correctamente y de forma precisa.

Puedes construir facilmente en C un conjunto delimitado por una curva continua y suave, y construir a continuación una serie iterada que converja para los puntos interiores y de la frontera y diverja para los exteriores. Resulta entonces que eligiendo dos puntos arbitrariamente próximos, uno interior y otro exterior, se cumple la condición que dices, pero el comportamiento es perfectamente predecible en todos los puntos, no existe comportamiento caótico ni fractal de ningún tipo.

Recuerda topo, para que existan fractales y "comportamiento caótico" tienen que existir puntos en que la serie iterada se comporte de forma IMPREDECIBLE

Saludos, Jabato. ;D   

13 Mayo, 2009, 09:46 pm
Respuesta #4

Jabato

  • Visitante
No topo, sigo sin estar de acuerdo. La palabra caótico no tiene una interpretación distinta para los conjuntos de Juliá que para el resto de los fractales. La palabra caótico solo tiene una inerpretación conforme a la teoría del caos, ya te apunté cual es la correcta. Además el comportamiento caótico es algo propio de la teoría del caos (sistemas dinámicos), y la definición de fractal es algo que afecta a la geometría fractal, que son dos disciplinas absolutamente distintas. No cabe duda que la teoría del caos aplica algunas de las conclusiones de la geometría fractal, pero de la misma forma que la relatividad utiliza los tensores ó las ecuaciones diferenciales, no hay que confundir una cosa con la otra. No, topo, no, caótico es impredecible topo, y no otra cosa.

Considera la siguiente serie iterada en C:

\( z_{n+1}=z_n^2 \)

Verás que no existe nada caótico en ella, sin embargo siempre podemos elegir dos puntos arbitrariamente próximos, uno interior a la circunferencia centrada en el origen, de radio 1, y otro exterior de manera que la sere iterada converge a 0 para el primero y diverge para el segundo ¿eso es para tí un comportamiento caótico? Este ejemplo contradice tu afirmación y sin embargo confirma la mía.

Saludos, Jabato. ;D

14 Mayo, 2009, 06:14 am
Respuesta #5

Jabato

  • Visitante
Vamos a ver topo, la discusión no es inutil, trata de clarificar precisamente el significado de la expresión "comportamiento caótico", que es precisamente el motivo del debate.

En general puede ocurrir que en el comportamiento de los sistemas dinámicos se den las siguientes circunstancias:

a) La existencia de puntos (estados) en que el comportamiento sea impredecible y que en su entorno se presente la condición que tu has propuesto.

b) La existencia de puntos en que el comportamiento sea impredecible, pero que dichos puntos sean aislados, en el entorno de dichos puntos el comportamiento es uniforme y perfectamente predecible.

c) Que se presente la condición que nos has explicado y que no existan puntos de comportamiento impredecible, normalmente los puntos estarán próximos a puntos de la frontera que delimita un comportamiento y otro del sistema.

Estas son las tres únicas posibilidades. Los dos primeros casos presentan comportamiento caótico, aunque el segundo caso solo lo hace en un punto aislado. El tercero no es caótico en ningun punto.

Se dá ademas la circunstancia de que en el caso de los conjuntos de Julia y bajo ciertas condiciones el caso b) se presenta, cosa que no ocurre por ejemplo en el conjunto de Mandelbrot, para el que ya está demostrado que es un conjunto conexo.

Saludos, Jabato. ;D

14 Mayo, 2009, 09:53 am
Respuesta #6

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

 Es curioso, porque, aunque entiendo lo que quiere decir Jabato, el término "impredecible" es muy subjetivo. Roza lo filosófico. Una sucesión definida por recurrencia está perfectamente delimitada, sabemos como funciona; fijado un punto incial o es convergente o no es convergente; que seamos o no capaces de "predecirlo" es problema nuestro; es quizá fruto de nuestra incapacidad.

 De manera intutiva la idea de un sistema caótico es un sistema en el que pequeñas variaciones en las condiciones iniciales cambian drásticamente el resultado final. Eso lo hace caótico en el "mundo real" porque uno nunca controla por completo y sin error los parámetros que intervienen en un fenómeno.

 Un ejemplo algo "tontorrón" (de esos "reales-irreales"  ;)). Si tiramos una roca gigante sobre la punta de una montaña cónica, y aun lado de la misma hay un pueblo y al otro lado bosque. Una infinitésima variación del lanzamiento a un lado o a otro pude provocar una descomunal tragedia humana o no.

Saludos.

14 Mayo, 2009, 10:52 am
Respuesta #7

Jabato

  • Visitante
Bueno, trataré de explicarlo lo mejor que yo lo entiendo, a ver si soy capaz.

Los puntos fractales son los puntos en los que es imposible determinar (predecir en el sentido matemático de la palabra) en que forma se va a comportar el sistema porque son necesarias teóricamente un número infinito de iteraciones para que se ponga de manifiesto el caracter de la serie iterada, ocurre que tampoco puede determinarse cuales son esos puntos ya que si intentamos verificar el comportamiento en uno de esos puntos resulta que necesitamos realizar un número demasiado grande de comprobaciones para llegar a un resultado concluyente, de manera que no podemos determinar cuales son los puntos en los que verdaderamente ocurre tal circunstancia. No es fácil de entender pero podemos explicarlo indicando que existe una región en la que no es posible obtener resultados concluyentes, dicha región se hace más ó menos imprecisa, y ó extensa, dependiendo del número de verificaciones que estemos dispuestos a realizar. Por ejemplo, si el comportamiento de la serie iterada es cíclico, pero ese carácter no se manifiesta antes del trillón de iteraciones y el periodo de cada ciclo es además de 1000 trillones de iteraciones necesitaremos realizar demasiadas verificaciones sin errores  para poder determinar el comportamiento de la serie y obtener un resultado concluyente, y claro quien habla de un trillón habla de mil trillones, etc. Resulta entonces que hay puntos en los que el comportamiento de la serie iterada es impredecible, no puede determinarse cual será el comportamiento en esos puntos, se dice entonces que el comportamiento del sistema es caótico.

¿Cuantas cifras conocemos del número Pi? ¿Alguien puede afirmar que no llegará un momento en que se pueda determinar la ley que siguen dichas cifras (fijaros que solo hay 10 dígitos)? ¿Y en el caso de los números primos? Pero de momento no puede predecirse cual será el comportamiento de dichas series, tienen un comportamiento impredecible, es decir caótico.

¿Ha quedado claro ya que entiendo yo por impredecible y caótico? No hay nada subjetivo ni filosófico en ese concepto.

Saludos, Jabato. ;D

14 Mayo, 2009, 11:04 am
Respuesta #8

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

Citar
Pero de momento no puede predecirse cual será el comportamiento de dichas series, tienen un comportamiento impredecible, es decir caótico.

Insisto. Ese "de momento" hace que sea muy subjetivo. Otra cosa es cuando dices:

Citar
Los puntos fractales son los puntos en los que es imposible determinar (predecir en el sentido matemático de la palabra)

Bien pero...¿Cómo se demuestra que es imposible probar que una sucesión converge o diverge?. Ponme un ejemplo.

Luego también dices:

Citar
dicha región se hace más ó menos imprecisa, y ó extensa, dependiendo del número de verificaciones que estemos dispuestos a realizar

Una vez más: altamente subjetivo. Yo estoy dispuesto a hacer muchas verificaciones.  ;)

Saludos.

P.D. Reitero: entiendo la idea de lo que dices e incluso estoy de acuerdo que aproxima la noción de caótico. Pero no es fácil dar una definición rigurosa, objetiva.

14 Mayo, 2009, 12:06 pm
Respuesta #9

Jabato

  • Visitante
Dar una definición rigurosa no parece tarea fácil, desconozco si existe alguna, aunque creo que no. Yo solo trato de explicar la idea que yo tengo de lo que significa ser caótico y las consecuencias que ello conlleva, aunque creo que mi idea coincide bastante bien con la literatura más ó menos conocida sobre el Caos. Desde luego sin una definición formal no saldremos del atasco, pero como ya he dicho creo que no existe tal definición, y aunque puedo equivocarme, desde luego la que expuso nuestro amigo topo23 no lo es, eso es seguro. De acuerdo con esto ¿como podemos responder a la pregunta que inició el debate?, pues dificilmente sin una definición rigurosa de "comportamiento caótico", ya que nos pide una justificación de que el comportamiento de los conjuntos de Juliá es caótico. Observa que lo que primero le pregunté fue que nos aclarara que debíamos entender por "comportamiento caótico", sin que haya recibido respuesta mi solicitud; después topo y yo aventuramos cada uno una opinión propia, y esa es la que estamos debatiendo pero "justificar el comportamiento caótico" parece una tarea bastante complicada sin una definición formal de que cosa sea el Caos.

Saludos, Jabato. ;D