Fraktale Geometrie
Mandelbrot dreidimensional
Es war unerwartet schwierig, den unglaublichen Formenreichtum der zweidimensionalen Mandelbrot-Menge in einem räumlichen Gebilde zu realisieren. Vor wenigen Monaten ist es gelungen - und wieder eröffnen sich atemberaubende Ansichten.
Dabei ist das Gebilde nach den strengeren Definitionen gar kein Fraktal, weil ihm die wesentliche Eigenschaft der Selbstähnlichkeit fehlt. Schaut man sich den Rand der Mandelbrot- Menge unter immer stärkerer Vergrößerung an, so entdeckt man eben nicht immer wieder dieselben Strukturen – das wäre Selbstähnlichkeit –, sondern etwas viel Besseres: immer wieder neue Strukturen (Spektrum der Wissenschaft 9/1989, S. 52). Selbst wenn die Mandelbrot-Euphorie inzwischen etwas abgeklungen ist: Ein Zoom in das Tal der Seepferdchen hat von seiner Faszination nichts verloren.
Auch über mangelnde Zuwendung aus der Fachwelt kann sich diese sehr spezielle Teilmenge der Ebene nicht beklagen. Aber die Mathematiker, die sonst nichts Eiligeres zu tun haben, als jedes Ergebnis von zwei auf drei, vier, ganz viele oder sogar unendlich viele Dimensionen zu verallgemeinern, hatten just in diesem Fall wenig Erfolg.
Das liegt nicht daran, dass Fraktale im Allgemeinen auf zwei Dimensionen beschränkt wären. Im Gegenteil, Mandelbrot selbst hat dreidimensionale Fraktale überall in der belebten wie unbelebten Natur – im Brokkoligemüse wie in Küstenlinien – ausfindig gemacht und damit ihre Popularität enorm gefördert. Vielmehr stießen die Freunde der schönen bunten Computerbilder – zumindest damals – auf technische Hindernisse


Christoph Pöppe ist Redakteur bei
"Spektrum der Wissenschaft".
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1. Fraktales Birnenweibchen
23.12.2010, Eva Baumgartner, GablitzErgebnisse meiner Bemühungen finden Sie auf http://members.aon.at/evab, dazu ein Java-Applet namens "zoomcut" zum Vergrößern und Durchschneiden der dreidimensionalen virtuellen Strukturen. Räumliche Tiefe wird durch abnehmende Farbsättigung dargestellt. Die dunklen Schattierungen sind Tiefenschichtenlinien und sollen die Struktur besser sichtbar machen.
Zur Berechnung verwende ich die klassische Iterationsfunktion z2+c mit der gewöhnlichen Addition und einer speziellen Multiplikation, die kommutativ, aber nicht assoziativ ist und für die es ein inverses Element gibt.
Der dreidimensionale Raum hat gewissermaßen eine reelle und zwei imaginäre Achsen. Nennen wir den reellen Einheitsvektor e und die beiden imaginären Einheitsvektoren i und j, so lauten die Multiplikationsregeln für Punkte in diesem Raum („perplexe Zahlen“): e=1; ei=ie=i; ej=je=j;i2=–j; j2=–i; ij=ji=–1.
Besten Dank für Ihre immer anregenden Beiträge, die Arbeit an meinem 3D-Fraktal hat mir Freude gemacht.
2. Ein inverses Element existiert nicht in jedem Fall
23.12.2010, Klaus Scheicher, HalleinAlso kann die von Eva Baumgartner angegebene Multiplikation in einem dreidimensionalen Raum nicht immer ein inverses Element haben. In vorliegenden Fall ergibt eine einfache Rechnung, dass die Elemente der Form xe+yi+zj mit der Eigenschaft, dass x3+y3+z3+xyz=0 gilt, kein inverses Element besitzen.
3. Potenzen von Vektoren – ein systematischer Ansatz
04.01.2011, Norbert Endres, MünchenN. Endres, M. Leischner; Powers and iteration processes on modules; Demonstratio Mathematica, 27 (1994), 427-447 (hier eine aktualisierte und um Bilder bereicherte Version).
Eine große Schar derartiger Potenziterationsprozesse über komplexen Vektorräumen ist durch eine komplex 2-dimensionale, also reell 4-dimensionale Figur beschreibbar.