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魔鬼阶梯


DevilsStaircase

映射卷绕数 的图,W,由 锁模 产生,作为 Omega 的函数,对于 圆映射

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

,其中 K=1。(由于 圆映射 变为 锁模映射卷绕数 与初始起始参数 theta_0 无关。) 在每个 Omega 值处,映射卷绕数 是一些 有理数。结果是一个单调递增的“阶梯”,其中最简单的 有理数 具有最大的步长。魔鬼阶梯连续地将区间 [0,1] 映射到 [0,1] 上,但在几乎所有地方都是常数(即,除了在 康托集 上)。

对于 K=1Omega 轴上准周期状态(Omega 无理数)的测度 已变为零,锁模 状态的测度已变为 1。魔鬼阶梯的 维数  approx 0.8700+/-3.7×10^(-4)

DevilsStaircaseFloor

另一种魔鬼阶梯出现在总和中

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

对于 x in [0,1],其中 |_x_|向下取整函数 (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)。此函数是单调递增的,并且在每个无理数 x 处连续,但在每个有理数 x 处不连续。f(x) 是无理数 当且仅当 x 是无理数,并且如果 x 是无理数,则 f(x) 是超越数。如果 x=p/q 是有理数,则

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

而如果 x 是无理数,

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

更令人惊讶的是,对于无理数 x,其 简单连分数[0,a_1,a_2,...]收敛子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)。这给出了与 兔子常数 的美妙关系

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

其中 phi黄金比例F_n斐波那契数


另请参阅

康托函数, 圆映射, 映射卷绕数, 明科夫斯基问号函数, 兔子常数

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参考文献

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 Wolfram|Alpha 上被引用

魔鬼阶梯

请引用为

Weisstein, Eric W. "魔鬼阶梯。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/DevilsStaircase.html

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