Отсюда вытекает, что если из
-мерного
куба последовательно удалять открытые подмножества, то в результате получится
множество, равное пределу аппроксимирующих его множеств относительно метрики
Хаусдорфа.
Б. Мандельброт ввел следующее определение фрактала. Каждому
подмножеству
-мерного евклидова пространства ставятся в
соответствие два числа – топологическая размерность
и размерность Хаусдорфа-Безиковича
. Топологическая размерность всегда целое
число. В общем случае имеет место
. Подмножество называется
фракталом или фрактальным множеством, если имеет
место строгое неравенство
. Цель данного параграфа
– дать опрделение размерностей
и
.
Перегородки и топологическая размерность. Пусть
- метрическое пространство. Каждое его
подмножество
является метрическим пространством
относительно метрики
. Замкнутое подмножество
называется перегородкой в
, если
для
некоторых непустых непересекающихся открытых подмножеств
. Если при этом
и
, то
называется
перегородкой между
и
. На
рис. 1 перегородка изображена в виде замкнутого прямоугольника,
является большим замкнутым прямоугольником,
разбитым на прямоугольники
,
и
(подмножества
и
не
содержат общих с множеством
граничных точек).
Введем определение большой индуктивной
размерности. Она, по теореме Катетова, для метрических пространств совпадает с
размерностью Лебега и будет называться далее топологической размерностью.
Положим
. При непустом
полагаем
, если между любыми двумя непересающимися
замкнутыми подмножествами
и
из
найдется
перегородка
, для которой
Если
таких
нет, то полагаем ![]()
Пример 4. Множество
Кантора. Рассмотрим отрезок числовой прямой, состоящий из чисел
, удовлетворяющих условиям
. Удалим среднюю часть отрезка, состоящую
из чисел
, для которых
(рис. 2.).
Затем эту процедуру применим к каждому из двух оставшихся отрезков.
Затем удалим среднюю часть из каждого
из оставшихся множеств и т.д. Полученное в пределе множество называется множеством
Кантора С. Точки множества Кантора можно описать также как числа,
запись которых в троичной системе счисления
состоит
из цифр
равных нулю или двум.
Такие числа можно записать как суммы рядов
где
Можно
доказать, что ![]()
Рассмотрим декартово произведение множества Кантора на себя,
Оно состоит из точек плоскости
таких, что
и
. Из общего неравенства
вытекает, что ![]()
Размерность Хаусдорфа-Безиковича. Пусть
- метрическое пространство,
-подмножество,
- положительное
действительное число. Семейство
подмножеств
называется
-покрытием,
если
для всех
, и
Для произвольного числа
определим число
,
где нижняя грань
берется по всем
-покрытиям множества
, у которых множество
счетно. Положим
Размерность
Хаусдорфа-Безиковича, или фрактальная размерность,
определяется как верхняя грань чисел
, для которых
и она будет равна нижней грани чисел
, удовлетворяющих равенству ![]()
![]()
Пример 5. Вычислим
размерность множества Кантора С. При
и
будет верно равенство

Следовательно,
Этот предел при
будет равен нулю, а в случае
- бесконечен. Следовательно
равен числу
,
удовлетсворяющему равенству
Получаем
Поскольку
то
Отсюда вытекает, что множество Кантора
является фракталом. Аналогично можно вычислить размерность
.
Полагая
при
получаем
для некоторого
коэффициента
Следовательно, для
получаем
Следовательно, 
На рис 3. изображено построение множества Кантора
. Из единичного квадрата удаляется крест.
Затем этот процесс применяется рекурсивно к каждому из оставшихся квадратов.
Черные квадраты состоят из точек, оставшихся после трех
шагов построения множества Кантора
. Хорошо известно, что
между метрическими пространствами
и
можно установить гомеоформизм. Поскольку
и
то
можно сделать вывод, что гомеоморфные геометрические фигуры могут иметь
различные размерности Хаусдорфа-Безиковича, следовательно, эта размерность не
является топологическим инвариантом.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.