Треугольник Серпинского

Треугольник Серпинского

Треугольник Серпинского — фрактал, один из двумерных аналогов множества Кантора, предложенный польским математиком Вацлавом Серпинским в 1915 году. Также известен как «решётка» или «салфетка» Серпинского.

Построение

Итеративный метод

Построение треугольника Серпинского

Середины сторон равностороннего треугольника $T_{0}$$T_{0}$ соединяются отрезками. Получаются 4 новых треугольника. Из исходного треугольника удаляется внутренность срединного треугольника. Получается множество $T_{1}$$T_{1}$, состоящее из 3 оставшихся треугольников «первого ранга». Поступая точно так же с каждым из треугольников первого ранга, получим множество $T_{2}$$T_{2}$, состоящее из 9 равносторонних треугольников второго ранга. Продолжая этот процесс бесконечно, получим бесконечную последовательность $T_{0}\supset T_{1}\supset \dots \supset T_{n}\supset \dots$$T_{0}\supset T_{1}\supset \dots \supset T_{n}\supset \dots$, пересечение членов которой есть треугольник Серпинского.

Метод хаоса

1. Задаются координаты аттракторов — вершин исходного треугольника $T_{0}$$T_{0}$.
2. Вероятностное пространство $(0;1)$$(0;1)$ разбивается на 3 равных части, каждая из которых соответствует одному аттрактору.
3. Задаётся некоторая начальная точка $P_{0}$$P_0$, лежащая внутри треугольника $T_{0}$$T_{0}$.
4. Начало цикла построения точек, принадлежащих множеству треугольника Серпинского.
   1. Генерируется случайное число $n\in (0;1)$$n\in (0;1)$.
   2. Активным аттрактором становится та вершина, на вероятностное подпространство которой выпало сгенерированное число.
   3. Строится точка $P_{i}$$P_{i}$ с новыми координатами: $x_{i}={\frac {x_{i-1}+x_{A}}{2}};y_{i}={\frac {y_{i-1}+y_{A}}{2}}$$x_{i}={\frac {x_{{i-1}}+x_{A}}{2}};y_{i}={\frac {y_{{i-1}}+y_{A}}{2}}$, где: $x_{i-1},y_{i-1}$$x_{{i-1}},y_{{i-1}}$ — координаты предыдущей точки $P_{i-1}$$P_{{i-1}}$; $x_{A},y_{A}$$x_{A},y_{A}$ — координаты активной точки-аттрактора.
5. Возврат к началу цикла.

Треугольник Серпинского состоит из 3 одинаковых частей, коэффициент подобия 1/2.

Свойства

• Треугольник Серпинского замкнут.
• Треугольник Серпинского имеет топологическую размерность 1.
• Важным свойством треугольника Серпинского является его самоподобие — ведь он состоит из трёх своих копий, уменьшенных в два раза (это части треугольника Серпинского, содержащиеся в маленьких треугольниках, примыкающих к углам).
• Треугольник Серпинского имеет промежуточную (то есть нецелую) Хаусдорфову размерность $=\ln 3/\ln 2\approx 1,585$$=\ln 3/\ln 2\approx 1,585$. В частности,
  • треугольник Серпинского имеет нулевую меру Лебега.

Интересные факты

• Если в треугольнике Паскаля все нечётные числа окрасить в чёрный цвет, а чётные — в белый, то образуется треугольник Серпинского.
• Образования, похожие на треугольник Серпинского, возникают в игре Жизнь из длинной вертикальной линии.

• Треугольник Серпинского
• 

  Построение итеративным методом

• 

  Построение методом хаоса

• 

  Иллюстрация свойства самоподобия

Ссылки

• Треугольник Серпинского: тематические медиафайлы на Викискладе
• Weisstein, Eric W. Sierpiński Sieve (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.
• Абачиев С. К. О треугольнике Паскаля, простых делителях и фрактальных структурах // В мире науки, 1989, № 9.