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魔鬼階梯


DevilsStaircase

對映卷繞數 的圖,W,由 鎖模 產生,作為 Omega 的函式,對於 圓對映

 theta_(n+1)=theta_n+Omega-K/(2pi)sin(2pitheta_n)
(1)

,其中 K=1。(由於 圓對映 變為 鎖模對映卷繞數 與初始起始引數 theta_0 無關。) 在每個 Omega 值處,對映卷繞數 是一些 有理數。結果是一個單調遞增的“階梯”,其中最簡單的 有理數 具有最大的步長。魔鬼階梯連續地將區間 [0,1] 對映到 [0,1] 上,但在幾乎所有地方都是常數(即,除了在 康託集 上)。

對於 K=1Omega 軸上準週期狀態(Omega 無理數)的測度 已變為零,鎖模 狀態的測度已變為 1。魔鬼階梯的 維數  approx 0.8700+/-3.7×10^(-4)

DevilsStaircaseFloor

另一種魔鬼階梯出現在總和中

 f(x)=sum_(n=1)^infty(|_nx_|)/(2^n)
(2)

對於 x in [0,1],其中 |_x_|向下取整函式 (Böhmer 1926ab; Kuipers and Niederreiter 1974, p. 10; Danilov 1974; Adams 1977; Davison 1977; Bowman 1988; Borwein and Borwein 1993; Bowman 1995; Bailey and Crandall 2001; Bailey and Crandall 2003)。此函式是單調遞增的,並且在每個無理數 x 處連續,但在每個有理數 x 處不連續。f(x) 是無理數 當且僅當 x 是無理數,並且如果 x 是無理數,則 f(x) 是超越數。如果 x=p/q 是有理數,則

 f(x)=1/(2^q-1)+sum_(m=1)^infty1/(2^(|_m/x_|)),
(3)

而如果 x 是無理數,

 f(x)=sum_(m=1)^infty1/(2^(|_m/x_|)).
(4)

更令人驚訝的是,對於無理數 x,其 簡單連分數[0,a_1,a_2,...]收斂子p_n/q_n

 f(x)=[0,A_1,A_2,A_3,...],
(5)

其中

 A_n=2^(q_(n-2))(2^(a_nq_(n-1))-1)/(2^(q_(n-1))-1)
(6)

(Bailey 和 Crandall 2001)。這給出了與 兔子常數 的美妙關係

 f(phi^(-1))=[0,2^(F_0),2^(F_1),2^(F_2),...],
(7)

其中 phi黃金比例F_n斐波那契數


另請參閱

康託函式, 圓對映, 對映卷繞數, 明科夫斯基問號函式, 兔子常數

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參考文獻

Adams, W. W. "A Remarkable Class of Continued Fractions." Proc. Amer. Math. Soc. 65, 194-198, 1977.Bailey, D. H. and Crandall, R. E. "On the Random Character of Fundamental Constant Expansions." Exper. Math. 10, 175-190, 2001.Bailey, D. H. and Crandall, R. E. "Random Generators and Normal Numbers." Exper. Math. 11, 527-546, 2002.Böhmer, P. E. "Über die Transcendenz gewisser dyadischer Brüche." Math. Ann. 96, 367-377, 1926a.Böhmer, P. E. Erratum to "Über die Transcendenz gewisser dyadischer Brüche." Math. Ann. 96, 735, 1926b.Borwein, J. and Borwein, P. "On the Generating Function of the Integer Part of |_nalpha+gamma_|." J. Number Th. 43, 293-318, 1993.Bowman, D. "A New Generalization of Davison's Theorem." Fib. Quart. 26, 40-45, 1988.Bowman, D. "Approximation of |_nalpha+s_| and the Zero of {nalpha+s}." J. Number Th. 50, 128-144, 1995.Danilov, L. V. "Some Classes of Transcendental Numbers." Math. Notes Acad. Sci. USSR 12, 524-527, 1974.Davison, J. L. "A Series and Its Associated Continued Fraction." Proc. Amer. Math. Soc. 63, 29-32, 1977.Devaney, R. L. An Introduction to Chaotic Dynamical Systems. Redwood City, CA: Addison-Wesley, pp. 109-110, 1987.Kuipers, L. and Niederreiter, H. Uniform Distribution of Sequences. New York: Wiley, 1974.Mandelbrot, B. B. The Fractal Geometry of Nature. New York: W. H. Freeman, pp. 82-83 and 286-287, 1983.Ott, E. Chaos in Dynamical Systems. New York: Cambridge University Press, 1993.Rasband, S. N. "The Circle Map and the Devil's Staircase." §6.5 in Chaotic Dynamics of Nonlinear Systems. New York: Wiley, pp. 128-132, 1990.

在 上被引用

魔鬼階梯

請引用為

Weisstein, Eric W. "魔鬼階梯。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/DevilsStaircase.html

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