康托尔集
康托尔集
在数学中,康托尔集,由德国数学家格奥尔格·康托尔在1883年引入(但由亨利·约翰·斯蒂芬·史密斯在1875年发现),是位于一条线段上的一些点的集合,具有许多显著和深刻的性质。通过考虑这个集合,康托尔和其他数学家奠定了现代点集拓扑学的基础。虽然康托尔自己用一种一般、抽象的方法定义了这个集合,但是最常见的构造是康托尔三分点集,由去掉一条线段的中间三分之一得出。康托尔自己只附带介绍了三分点集的构造,作为一个更加一般的想法——一个无处稠密的完备集的例子。
引入
通过考虑这个集合,康托尔和其他数学家奠定了现代点集拓扑学的基础。虽然康托尔自己用一种一般、抽象的方法定义了这个集合,但是最常见的构造是康托尔三分点集,由去掉一条线段的中间三分之一得出。康托尔自己只附带介绍了三分点集的构造,作为一个更加一般的想法——一个无处稠密的完备集的例子。
实际上斯梅尔马蹄映射也会形成康托尔集。
康托三分集
取一条长度为1的直线段,将它三等分,去掉中间一段,留剩下两段,再将剩下的两段再分别三等分,各去掉中间一段,剩下更短的四段,……,将这样的操作一直继续下去,直至无穷,由于在不断分割舍弃过程中,所形成的线段数目越来越多,长度越来越小,在极限的情况下,得到一个离散的点集,称为康托尔点集,记为P。称为康托尔点集的极限图形长度趋于0,线段数目趋于无穷,实际上相当于一个点集。操作n次后
边长r=(1/3)^n,
边数N(r)=2^n,
根据公式D=lnN(r)/ln(1/r) , D=ln2/ln3=0.631。
所以康托尔点集分数维是0.631。
性质特点
康托三分集中有无穷多个点,所有的点处于非均匀分布状态。此点集具有自相似性,其局部与整体是相似的,所以是一个分形系统。
康托三分集具有
(1)自相似性;
(2)精细结构;
(3)无穷操作或迭代过程;
(4)传统几何学陷入危机。用传统的几何学术语难以描述,它既不满足某些简单条件如点的轨迹,也不是任何简单方程的解集。其局部也同样难于描述。因为每一点附近都有大量被各种不同间隔分开的其它点存在。
(5)长度为零;
(6)简单与复杂的统一。
康托尔集P具有三条性质:
1、P是完备集。
2、P没有内点。
3、P的基数为c。
4、P是不可数集。
康托尔集是一个基数为c的疏朗完备集。
三进制理解
在长度为1的直线段中,将所有点按三进制编码。
即第一次去掉的点,为三进制编码小数中,第一位小数为1的所有点;同理,第N次操作,就是去掉三进制小数中,第N位为1的点。
最后得到的康托尔集,用三进制表示,就是小数位只有0,2的所有小数。
说明:0.1(3)是康托尔集中的点,但不符合上述描述。在上述描述中,是以0.02(2的循环)表示的。
如果要消除这种循环表示方法,可以定义为:康托尔集,用三进制表示,就是小数位的有效数字最后一位可以为1,2;其他位数只有0,2的所有小数。
构造
康托尔集是由不断标记线段的中间三分之一而得出。首先,从区间(0,1)中标记中间的三分之一[1/3,2/3],并选取端点1/3、2/3,留下两条线段:(0,1/3) ∪ (2/3,1)。然后,把这两条线段的中间三分之一都标记,并选取端点1/9、2/9、7/9、8/9,留下四条线段:(0,1/9) ∪ (2/9,1/3) ∪ (2/3,7/9) ∪ (8/9,1)。把这个过程一直进行下去,其中第n个集合为:
康托尔集就是由所有过程中被选取的点组成。
参考资料
最新修订时间:2022-09-17 22:14
目录
概述
引入
康托三分集
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