Jump to content

Бесконечные композиции аналитических функций

В математике бесконечные композиции ( аналитических функций ICAF) предлагают альтернативные формулировки аналитических цепных дробей , рядов , произведений и других бесконечных разложений, а теория, развивающаяся на основе таких композиций, может пролить свет на сходимость/расхождение этих разложений. Некоторые функции могут быть расширены напрямую как бесконечные композиции. Кроме того, можно использовать ICAF для оценки решений уравнений с фиксированной точкой, включающих бесконечные разложения. Сложная динамика предлагает еще одно место для итерации систем функций, а не одной функции. Для бесконечных композиций одной функции см. Итерированную функцию . Чтобы узнать о композициях конечного числа функций, полезных в фракталов теории , см. Итерированную систему функций .

Хотя в названии этой статьи указаны аналитические функции, есть результаты для более общих функций комплексной переменной и .

Обозначения [ править ]

Существует несколько обозначений, описывающих бесконечные композиции, в том числе следующие:

Форвардные составы:

Обратные композиции:

В каждом случае сходимость интерпретируется как существование следующих пределов:

Для удобства положим F n ( z ) = F 1, n ( z ) и G n ( z ) = G 1, n ( z ) .

Можно также написать и

Теорема о сжатии

Многие результаты можно рассматривать как расширение следующего результата:

Теорема о сокращении для аналитических функций [1] Пусть f аналитична в односвязной области S и непрерывна на замыкании S области S . Предположим, f ( S ) — ограниченное множество, содержащееся S. в Тогда для всех z в S существует притягивающая неподвижная точка α функции f в S такая, что:

Бесконечные композиции сократительных функций [ править ]

Пусть { f n } — последовательность функций, аналитических в односвязной области S . существует компакт Ω ⊂ S такой, что для каждого fn n ( Предположим, что S ) ⊂ Ω.

Теорема о прямых (внутренних или правых) композициях { F n } сходится равномерно на компактных подмножествах S к постоянной функции F ( z ) = λ . [2]

Теорема об обратной (внешней или левой) композиции { G n } сходится равномерно на компактных подмножествах S к γ ∈ Ω тогда и только тогда, когда последовательность неподвижных точек { γ n } из { f n } сходится к γ . [3]

Дополнительная теория, возникшая в результате исследований, основанных на этих двух теоремах, в частности на теореме о прямой композиции, включает анализ местоположения пределов, полученных в следующей ссылке. [4] Другой подход к теореме об обратных композициях см. в следующей ссылке. [5]

Что касается теоремы об обратных композициях, пример f 2 n ( z ) = 1/2 и f 2 n -1 ( z ) = -1/2 для S = { z : | г | < 1} демонстрирует неадекватность простого требования сжатия в компактное подмножество, как в случае с теоремой о прямых композициях.

Для функций, не обязательно аналитических, достаточно условия Липшица :

Теорема [6] - Предполагать представляет собой односвязное компактное подмножество и пусть быть семейством функций, которое удовлетворяет

Определять:
Затем равномерно на Если является единственной неподвижной точкой затем равномерно на тогда и только тогда, когда .

Бесконечные композиции других функций [ править ]

Несжимающие комплексные функции [ править ]

Результаты, включающие целые функции , в качестве примеров приведены ниже. Набор

Тогда справедливы следующие результаты:

Теорема E1 [7] Если n 1,

тогда F n F целое.

Теорема Е2 [8] Установите ε n = | а п -1 | предположим, что существуют неотрицательные δ n , M 1 , M 2 , R такие, что выполняется следующее:

Тогда G n ( z ) → G ( z ) аналитично для | г | < Р . Сходимость равномерна на компактных подмножествах { z : | г | < Р }.

Дополнительные элементарные результаты включают в себя:

Теорема GF3 [6] - Предполагать где существуют такой, что подразумевает Кроме того, предположим и Тогда для

Теорема GF4 [6] - Предполагать где существуют такой, что и подразумевает и Кроме того, предположим и Тогда для

Пример GF1 : [9]

Пример GF1: Репродуктивная вселенная — топографическое (модульное) изображение бесконечной композиции.

Пример GF2 :

Пример GF2: Метрополис при 30K — топографическое (модульное) изображение бесконечной композиции.

Линейные дробные преобразования [ править ]

Результаты [8] к композициям дробно-линейных преобразований (Мёбиуса) относятся, например, следующие:

Теорема LFT1 . На множестве сходимости последовательности { F n } неособых LFT предельной функцией является либо:

  1. неособый LFT,
  2. функция, принимающая два различных значения, или
  3. константа.

В (а) последовательность сходится всюду в расширенной плоскости. В (б) последовательность сходится либо везде и к одному и тому же значению везде, кроме одной точки, либо сходится только в двух точках. Случай (c) может иметь место при любом возможном наборе сходимости. [10]

Теорема LFT2 [11] Если { F n } сходится к LFT, то f n сходится к тождественной функции f ( z ) = z .

Теорема LFT3 [12] Если f n f и все функции являются гиперболическими или локсодромными преобразованиями Мёбиуса, то F n ( z ) → λ , константа, для всех , где { β n } — отталкивающие неподвижные точки { f n }.

Теорема LFT4 [13] Если fn , f где f парабола с неподвижной точкой γ . Пусть неподвижными точками { f n } будут { γ n } и { β n }. Если

тогда F n ( z ) → λ , константа в расширенной комплексной плоскости, для всех z .

Примеры и приложения [ править ]

Цепные дроби [ править ]

Значение бесконечной цепной дроби

может быть выражено как предел последовательности { F n (0)}, где

В качестве простого примера можно привести известный результат (Круг Ворпицкого* [14] ) следует из применения теоремы (А):

Рассмотрим непрерывную дробь

с

Условим, что |ζ| < 1 и | г | < R < 1. Тогда при 0 < r < 1

, аналитический для | г | < 1. Установите R = 1/2.

Пример.

Пример: Цепная дробь1 — топографическое (модульное) изображение цепной дроби (по одной для каждой точки) на комплексной плоскости. [−15,15]

Пример. [8] ( Форма цепной дроби с фиксированной точкой одна переменная).

Пример: Брошь «Бесконечная» — топографическое (модули) изображение формы цепной дроби в комплексной плоскости. (6<х<9,6),(4,8<у<8)

Прямое функциональное расширение [ править ]

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие преобразование функции непосредственно в композицию:

Пример 1. [7] [15] Предполагать является целой функцией, удовлетворяющей следующим условиям:

Затем

.

Пример 2. [7]

Пример 3. [6]

Пример 4. [6]

Расчет фиксированных точек [ править ]

Теорему (B) можно применять для определения неподвижных точек функций, определяемых бесконечными разложениями или некоторыми интегралами. Следующие примеры иллюстрируют этот процесс:

Пример ФП1. [3] Для | ζ | ≤ 1 легко

Чтобы найти α = G (α), сначала определим:

Затем рассчитайте с ζ = 1, что дает: α = 0,087118118... с точностью до десяти десятичных знаков после десяти итераций.

Теорема ФП2 [8] Пусть φ ( ζ , t ) аналитична в S = { z : | г | < R } для всех t в [0, 1] и непрерывен по t . Набор

Если | φ ( ζ , т ) | ≤ r < R для ζ S и t ∈ [0, 1], то
имеет единственное решение α в S , причем

Функции эволюции [ править ]

Рассмотрим интервал времени, нормированный на I = [0, 1]. ICAF могут быть построены для описания непрерывного движения точки z на интервале, но таким образом, чтобы в каждый «момент» движение было практически нулевым (см. Стрелку Зенона ): Для интервала, разделенного на n равных подинтервалов, 1 ≤ k n набор аналитический или просто непрерывный – в области S такой, что

для всех k и всех z в S ,

и .

Основной пример [ править ]

Источник: [8]

подразумевает

где интеграл корректно определен, если имеет решение в замкнутой форме z ( t ). Затем

В противном случае подынтегральная функция определена плохо, хотя значение интеграла легко вычислить. В этом случае интеграл можно было бы назвать «виртуальным».

Пример.

Пример 1: Виртуальные туннели – топографическое (модульное) изображение виртуальных интегралов (по одному для каждой точки) на комплексной плоскости. [−10,10]
Два контура, текущие к притягивающей фиксированной точке (красный слева). Белый контур ( c = 2) заканчивается, не достигнув фиксированной точки. Второй контур ( c ( n ) = квадратный корень из n ) заканчивается в фиксированной точке. Для обоих контуров n = 10 000

Пример. Позволять:

Далее установите и Т п ( z ) = Т п, п ( z ). Позволять

когда этот предел существует. Последовательность { ( ) , z ) } определяет контуры γ = γ( cn Tn , z которые следуют потоку векторного поля f ( z ). Если существует притягивающая неподвижная точка α, то есть | ж ( z ) - α| ≤ ρ| z − α| для 0 ≤ ρ < 1, то T n ( z ) → T ( z ) ≡ α вдоль γ = γ( c n , z ), при условии (например) . Если cn Tn c > 0, то ( z ) T ( z ) , точка на контуре γ = γ( c , z ). Легко видеть, что

и

когда эти пределы существуют.

Эти концепции незначительно связаны с теорией активных контуров при обработке изображений и представляют собой простые обобщения метода Эйлера.

Самовоспроизводящиеся расширения [ править ]

Серия [ править ]

Ряды, определенные рекурсивно как f n ( z ) = z + g n ( z ), обладают тем свойством, что n-й член основан на сумме первых n - 1 членов. Чтобы использовать теорему (GF3), необходимо показать ограниченность в следующем смысле: если каждая f n определена для | г | < М тогда | г п ( z )| < M должно следовать перед | ж п ( z ) - z | = | г п ( z )| ≤ n определяется для итеративных целей. Это потому, что происходит на протяжении всего расширения. Ограничение

служит этой цели. Тогда Gn ) равномерно в ( z ) → G ( z ограниченной области.

Пример (S1). Набор

и М = ρ 2 . Тогда R = ρ 2 − (π/6) > 0. Тогда, если , z в S подразумевает | г п ( z )| < M и применима теорема (GF3), так что

сходится абсолютно, следовательно, сходится.

Пример (S2) :

Пример (S2) — Топографическое (модули) изображение самопорождающегося ряда.

Продукты [ править ]

Продукт, определенный рекурсивно

имеет вид

Для применения теоремы GF3 требуется, чтобы:

Еще раз, условие ограниченности должно поддерживать

Если известно n заранее, достаточно следующего:

Тогда Gn ) равномерно в ( z ) → G ( z ограниченной области.

Пример (P1). Предполагать с наблюдая после нескольких предварительных вычислений, что | г | ≤ 1/4 подразумевает | г п ( z )| < 0,27. Затем

и

сходится равномерно.

Пример (P2).

Пример (P2): Вселенная Пикассо – производный виртуальный интеграл от самогенерирующегося бесконечного продукта. Нажмите на изображение для увеличения разрешения.

Цепные дроби [ править ]

Пример (CF1) : Самогенерирующая цепная дробь. [8]

Пример CF1: Убывающая доходность – топографическое (модульное) изображение самогенерирующейся цепной дроби.

Пример (CF2) : Лучше всего описывается как самогенерирующая обратная цепная дробь Эйлера . [8]

Пример CF2: Мечта о золоте – топографическое (модульное) изображение самогенерирующейся обратной непрерывной дроби Эйлера.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хенричи, П. (1988) [1974]. Прикладной и вычислительный комплексный анализ . Том. 1. Уайли. ISBN  978-0-471-60841-7 .
  2. ^ Лоренцен, Лиза (ноябрь 1990 г.). «Композиции схваток» . Журнал вычислительной и прикладной математики . 32 (1–2): 169–178. дои : 10.1016/0377-0427(90)90428-3 .
  3. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гилл, Дж. (1991). «Использование последовательности F n (z) = f n ∘⋯∘f 1 (z) при вычислении неподвижных точек цепных дробей, произведений и рядов». Прил. Число. Математика . 8 (6): 469–476. дои : 10.1016/0168-9274(91)90109-D .
  4. ^ Кин, Линда; Лакич, Никола (2007). «Константы накопления итерированных функциональных систем с целевыми областями Блоха» . Annales Academiae Scientiarum Fennicae Mathematica . 32 (1). Хельсинки: Финская академия наук и литературы.
  5. ^ Кин, Линда; Лакич, Никола (2003). «Системы функций с прямой итерацией». В Цзяне, Юньпине; Ван, Юэфэй (ред.). Сложная динамика и смежные темы: лекции Морнингсайдского центра математики (PDF) . Соммервилл: Международная пресса. стр. 292–299. ISBN  1-57146-121-3 . OCLC   699694753 .
  6. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Гилл, Дж. (2017). «Букварь по элементарной теории бесконечных композиций комплексных функций» (PDF) . Связь в аналитической теории цепных дробей . XXIII .
  7. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Кодзима, Шота (май 2012 г.). «О сходимости бесконечных композиций целых функций». Архив математики . 98 (5): 453–465. дои : 10.1007/s00013-012-0385-z . S2CID   121444171 .
  8. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г Гилл, Дж. (2012). «Сходимость бесконечных композиций комплексных функций» (PDF) . Связь в аналитической теории цепных дробей . XIX .
  9. ^ https://www.researchgate.net/publication/351764310_A_Short_Note_On_the_Dynamical_System_of_the_Reproductive_Universe
  10. ^ Пиранян, Г.; Трон, WJ (1957). «Свойства сходимости последовательностей дробно-линейных преобразований» . Мичиганский математический журнал . 4 (2). дои : 10.1307/mmj/1028989001 .
  11. ^ де Пре, доктор медицинских наук; Трон, WJ (декабрь 1962 г.). «О последовательностях преобразований Мебиуса». Математический журнал . 80 (1): 184–193. дои : 10.1007/BF01162375 . S2CID   120487262 .
  12. ^ Манделл, Майкл; Магнус, Арне (1970). «О сходимости последовательностей дробно-линейных преобразований». Математический журнал . 115 (1): 11–17. дои : 10.1007/BF01109744 . S2CID   119407993 .
  13. ^ Гилл, Джон (1973). «Бесконечные композиции преобразований Мёбиуса» . Труды Американского математического общества . 176 : 479. doi : 10.1090/S0002-9947-1973-0316690-6 .
  14. ^ Лоренцен, Л.; Вааделанд, Х. (1992). Продолжительные дроби с приложениями . Эльзевир Наука. ISBN  978-0-444-89265-2 . [ нужна страница ]
  15. ^ Стейнмец, Н. (2011) [1993]. Рациональная итерация . де Грюйтер. ISBN  978-3-11-088931-4 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6a55f4b621498306a1435719d0f0cd02__1710099660
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/6a/02/6a55f4b621498306a1435719d0f0cd02.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Infinite compositions of analytic functions - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)