Розмірність Мінковського — Вікіпедія
Розмірність Мінковського | |
Названо на честь | Georges Bouligandd і Герман Мінковський |
---|---|
Підтримується Вікіпроєктом | Вікіпедія:Проєкт:Математика |
Розмірність Мінковського (англ. box-counting dimension) обмеженої множини в метричному просторі дорівнює
- ,
де — мінімальне число множин діаметра , якими можна покрити множину.
Якщо границя не існує, то можна розглядати верхню та нижню границі і говорити відповідно про верхню і нижню розмірності Мінковського.
Близьким до розмірності Мінковського поняттям є розмірність Хаусдорфа. У багатьох випадках ці розмірності збігаються, хоча існують множини, для яких вони різні.
- Розмірність скінченної множини дорівнює нулю, оскільки для неї не перевершує кількості елементів у ній.
- Розмірність відрізка дорівнює 1, тому що необхідно відрізків довжини , щоб покрити відрізок довжини . Таким чином,
- ,
- Розмірність квадрата дорівнює 2, так як число квадратиків з діагоналлю , необхідних, щоб покрити квадрат зі стороною , становить приблизно .
- Розмірність фракталу може бути дробовим числом. Так, розмірність кривої Коха дорівнює .
Неформальне міркування, що показує це, є наступним. Відрізок можна розбити на 2 частини, подібні вихідному відрізку з коефіцієнтом 1/2. Щоб покрити відрізок множинами діаметром , потрібно покрити кожну з половин такими множинами. Але для половини їх потрібно стільки ж, скільки для всього відрізка множини діаметром . Тому для відрізка маємо . Тобто, при збільшенні удвічі збільшується теж удвічі. Іншими словами, — лінійна функція.
- Для квадрата аналогічне міркування дає . Тобто, при збільшенні удвічі збільшується в 4 рази. Іншими словами, - квадратична функція.
- Нарешті, крива Коха складається з 4 частин, кожна з яких подібна вихідній кривій з коефіцієнтом 1/3. Тому для неї . Підставляючи , отримуємо . Звідси випливає, що розмірність дорівнює .
Формально: нехай n — крок фрактала, на n-му кроці у нас буде рівних відрізків, довжиною . Візьмемо за ε відрізок довжиною , тоді щоб покрити всю криву Коха, нам знадобиться відрізків. Для того, щоб виконувалося умова ε → 0, спрямуємо n → n→. Отримаємо
- Розмірність множини Мінковського дорівнює 1/2.
- Розмірність Мінковського скінченного об'єднання множин дорівнює максимуму з їх розмірностей. На відміну від розмірності Хаусдорфа, це невірно для зліченного об'єднання. Наприклад, множина раціональних чисел між 0 і 1 має розмірність Мінковського 1, хоча є зліченним об'єднанням одноелементних множин (розмірність кожної з яких дорівнює 0). Приклад замкнутої зліченної множини з ненульовою розмірністю Мінковського наведений вище.
- Нижня розмірність Мінковського будь-якої множини більше або дорівнює його розмірності Хаусдорфа.
- Розмірність Мінковського будь-якої множини дорівнює розмірності Мінковського її замикання. Тому має сенс говорити лише про розмірность Мінковського замкнутих множин.
- Розмірність Хаусдорфа
- Фрактал
- Епсилон-ентропія
- Список об'єктів, названих на честь Германа Мінковського
- Александров П.С., Пасынков Б.А. Введение в теорию размерности. М.: Наука, 1973
- Кроновер Р. М. Фракталы и хаос в динамических системах М.: ПОСТМАРКЕТ, 2000