1
|
|
2
|
|
3
|
|
4
|
|
5
|
|
6
|
|
7
|
|
8
|
|
9
|
- Nasceva quella branca della Matematica che Mandelbrot
- ha chiamato
- Geometria dei Frattali.
|
10
|
- Essa è capace di rappresentare i profili di
- una montagna o di una costa , le nuvole,
- le strutture cristalline e molecolari,
- e addirittura le galassie.
|
11
|
- Le stelle e le galassie in moto nel cielo costituiscono un sistema
dinamico che è stato studiato per secoli da migliaia di scienziati; il
mercato azionario è un altro sistema dinamico che varia nel tempo, così
come le condizioni meteorologiche sulla Terra.
- L’aumento o la diminuzione di una popolazione o anche il moto di un
pendolo sono sistemi dinamici. Per alcuni di essi è possibile prevederne
l’evoluzione, per altri non è altrettanto semplice a causa delle troppe
variabili che interagiscono: è possibile prevedere il moto dei pianeti
ma non le variazioni atmosferiche a lungo termine o l’indice Dow Jones
con una settimana di anticipo.
- Ma anche sistemi dinamici con una sola variabile possono comportarsi in
maniera altrettanto caotica. Modelli generati da funzioni quadratiche
iterate portano allo studio del caos e la geometria dei frattali aiuta a
dare di tali fenomeni una rappresentazione grafica.
- Il caos ci circonda : un uragano,
un torrente in piena, le volute di fumo, il mercato finanziario hanno
tutti un comportamento caotico, ma oggi con i frattali si apre uno
spiraglio verso la comprensione e la previsione di tali fenomeni.
|
12
|
|
13
|
|
14
|
|
15
|
|
16
|
|
17
|
|
18
|
|
19
|
|
20
|
|
21
|
|
22
|
|
23
|
|
24
|
|
25
|
|
26
|
|
27
|
|
28
|
|
29
|
|
30
|
|
31
|
|
32
|
- Passo 0 : si parte da un segmento di lunghezza l (nell’immagine è stato
aggiunto uno spessore per maggiore chiarezza).
- Passo 1 : si divide il segmento in 3 parti uguali e si elimina la parte
centrale.
- Passo 2 : ogni segmento così ottenuto lo si divide ancora in 3 parti e
si elimina la parte centrale.
- Ripetendo tale procedimento si ottiene un oggetto frattale
di dimensione
- D=logN /log(1/r)=
log2/log3 = 0.63
-
(N= 2 r =1/3)
|
33
|
|
34
|
|
35
|
|
36
|
|
37
|
|
38
|
|
39
|
|
40
|
|
41
|
|
42
|
|
43
|
|
44
|
|
45
|
|
46
|
|
47
|
|
48
|
|
49
|
|
50
|
|
51
|
|
52
|
|
53
|
|
54
|
|
55
|
|
56
|
|
57
|
|
58
|
- Per la costruzione della curva
di Koch al computer si costruisce
la procedura fioccodineve che contiene in sé la procedura lato
che è ricorsiva.
|
59
|
- Se il passo è 0 la procedura lato disegna un segmento,
- altrimenti divide il lato per 3,
riduce il passo di 1 e
- disegna la spezzata (se il passo è 0 )
- richiamando 4 volte la procedura lato
- altrimenti richiama la procedura lato che
- ricorsivamente ripete il procedimento fino a quando il passo non diventa
0
|
60
|
|
61
|
- Le nuvole non sono sfere,
- le montagne non sono coni,
- le coste non sono cerchi e
- la corteccia degli alberi non è liscia,
- né il fulmine viaggia in linea retta.
-
Benoît Mandelbrot
|
62
|
|
63
|
- Il titolo è provocatorio, ma
non molto lontano dal vero: infatti uno dei primi esempi di oggetto
frattale in natura, utilizzato dallo stesso Mandelbrot per chiarire
meglio la proprietà dell’autosomiglianza, è proprio il cavolo anzi
il cavolfiore.
|
64
|
|
65
|
- Ma la natura ha spessissimo
strutture frattali: le foglie degli alberi, le felci hanno strutture frattali perfettamente
riconoscibili
|
66
|
|
67
|
- La linfa nelle piante e nelle foglie segue percorsi frattali. Le spugne
marine, i coralli hanno processi frattali di accrescimento.
|
68
|
- Nel corpo umano
- la circolazione del sangue, i
bronchi,
- i polmoni hanno strutture
frattali
|
69
|
- I biologi Jim Brown e Brian
Enquist e il fisico Geoffrey West hanno dimostrato che il sistema
circolatorio dei mammiferi e quello delle radici e dei rami degli alberi
sono delle strutture frattali, ne hanno calcolato la dimensione fratta
che è risultata la stessa per entrambi i sistemi.
|
70
|
- Le nuvole, i vortici caotici, i fulmini sono frattali che possono essere
riprodotti al computer.
- Tutte le coste o i rilievi montuosi sono formati da avvallamenti e
sporgenze che si ripropongono secondo modalità frattali.
|
71
|
- Mandelbrot nel suo libro Gli
oggetti frattali si pone il problema di calcolare la lunghezza delle
coste della Bretagna
|
72
|
- Noi possiamo partire dalle
coste italiane utilizzando il suo ragionamento: prendiamo una cartina
dell’Italia e con un segmento corrispondente a 100 km (nella scala della
cartina geografica) ricopriamo la costa italiana. Ne disegneremo circa
50. Quindi la lunghezza delle coste italiane in prima approssimazione è
50 X 100 = 5000 km.
|
73
|
- Prendiamo ora una cartina
stradale ed utilizziamo un segmento corrispondente a 1 km: ne
occorreranno 6000 per ricoprire tutta la costa italiana, quindi la
lunghezza della costa italiana è di 6000 km.
|
74
|
- Alla scala di 1 m la lunghezza
della costa italiana diventerebbe 10000 km.
|
75
|
- E riducendo ancora la scala otterremmo una lunghezza sempre maggiore.
Quindi osserviamo che scale diverse portano a calcolare lunghezze molto
diverse!
- E che estremizzando questo
ragionamento si arriva a dire che le coste italiane (ma anche
britanniche come dice Mandelbrot nel suo trattato) e quindi le coste di
tutte le nazioni hanno una lunghezza che tende all’infinito!
|
76
|
- Questo risultato paradossale
deve farci capire che il profilo di una qualunque costa è un oggetto
frattale la cui lunghezza può essere calcolata solo fermandosi ad un
determinato passo di precisione. Nel caso delle coste italiane con una
scala adeguata (in grado di considerare le irregolarità più
significative ma senza perdersi in dettagli insignificanti) si può
considerare il valore di 8000 km come corretto.
|
77
|
- L’architettura di molte chiese
in varie epoche ha una struttura frattale. Esempi famosi sono le
cattedrali gotiche in cui strutture elementari si ripetono a diverse
scale ritrovando la proprietà frattale dell’autosomiglianza.
|
78
|
|
79
|
|
80
|
|
81
|
|
82
|
|
83
|
|
84
|
|
85
|
|
86
|
|
87
|
|
88
|
|
89
|
|
90
|
|
91
|
|
92
|
|
93
|
|
94
|
|
95
|
|
96
|
|
97
|
|
98
|
|
99
|
|
100
|
|
101
|
|
102
|
|
103
|
|
104
|
|
105
|
|
106
|
|
107
|
|
108
|
|
109
|
|
110
|
|
111
|
|
112
|
|
113
|
|
114
|
|
115
|
|
116
|
|
117
|
|
118
|
|
119
|
|
120
|
|
121
|
|
122
|
|
123
|
|
124
|
|
125
|
|
126
|
|
127
|
|
128
|
|
129
|
|
130
|
|
131
|
|
132
|
|
133
|
|
134
|
|
135
|
|
136
|
|
137
|
|
138
|
|
139
|
- Curva di Koch
- Polvere di Cantor
- Triangolo di Sierpinski
- Soffione
- Arnia
|