Archivo:Julia set with 3 external rays.svg
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Resumen
| DescripciónJulia set with 3 external rays.svg |
English: Julia set and external rays landing on fixed point |
| Fecha | |
| Fuente | Trabajo propio |
| Autor | Adam majewski |
| Otras versiones |
|
Licencia
Yo, titular de los derechos de autor de esta obra, la publico en los términos de las siguientes licencias:
Este archivo se encuentra bajo la licencia Creative Commons Genérica de Atribución/Compartir-Igual 3.0.
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Puedes usar la licencia que prefieras.
File usage outside Commons
Compare with
- Program madel by Wolf Jung. See Main Menu, Help, Demo3, page 5[1]
-
external and internal rays
-
c=-0,123+0.745i
-
C=-0.12256+0.74486i; LCM/J
-
C-0.12+0.665*i; CPM/J
-
c=-0.11+0.65569999*i ; MIIM
-
c=-0.11+0.65569999*i; mIIM/J
-
c = −0,123 + 0.745i; Quaternion julia set. The "Douady Rabbit" julia set is visible in the cross section
-
Douady rabbit in an exponential family
What program does ?
Program draws to png file :
- repelling fixed point
and other fixed point
- superattracting 3-point cycle (limit cycle) :
( period is 3 )
- Julia set ( backward orbit of repelling fixed point
) using modified inverse iteration method (MIIM/J)
- 3 external rays of period 3 cycle :
, which land on fixed point
Algorithms
- drawing Julia set
- drawing external ray is based on c program by Curtis McMullen[2] and its Pascal version by Matjaz Erat[3]
Software needed
- Maxima CAS
- gnuplot for drawing ( creates png file )
Tested on versions :
- wxMaxima 0.7.6
- Maxima 5.16.3
- Lisp GNU Common Lisp (GCL) GCL 2.6.8 (aka GCL)
- Gnuplot Version 4.2 patchlevel 3
Source code
It is a batch file for Maxima CAS.
/*
batch file for Maxima CAS
*/
start:elapsed_run_time ();
kill(all);
remvalue(all);
/* --------------------------definitions of functions ------------------------------*/
f(z,c):=z*z+c; /* Complex quadratic map */
finverseplus(z,c):=sqrt(z-c);
finverseminus(z,c):=-sqrt(z-c);
/* */
fn(p, z, c) :=
if p=0 then z
elseif p=1 then f(z,c)
else f(fn(p-1, z, c),c);
/*Standard polynomial F_p \, which roots are periodic z-points of period p and its divisors */
F(p, z, c) := fn(p, z, c) - z ;
/* Function for computing reduced polynomial G_p\, which roots are periodic z-points of period p without its divisors*/
G[p,z,c]:=
block(
[f:divisors(p),
t:1], /* t is temporary variable = product of Gn for (divisors of p) other than p */
f:delete(p,f), /* delete p from list of divisors */
if p=1
then return(F(p,z,c)),
for i in f do
t:t*G[i,z,c],
g: F(p,z,c)/t,
return(ratsimp(g))
)$
GiveRoots(g):=
block(
[cc:bfallroots(expand(%i*g)=0)],
cc:map(rhs,cc),/* remove string "c=" */
cc:map('float,cc),
return(cc)
)$
/*
circle D={w:abs(w)=1 } where w=l(t,r)
t is angle in turns ; 1 turn = 360 degree = 2*Pi radians
r is a radius
*/
GiveC(angle,radius):=
(
[w], /* point of unit circle w:l(internalAngle,internalRadius); */
w:radius*%e^(%i*angle*2*%pi), /* point of circle */
float(rectform(w/2-w*w/4)) /* point in a period 1 component of Mandelbrot set */
)$
/* endcons the complex point to list in the format for draw package */
endconsD(point,list):=endcons([realpart(point),imagpart(point)],list)$
consD(point,list):=cons([realpart(point),imagpart(point)],list)$
GiveForwardOrbit(z0,c,iMax):=
/*
computes (without escape test)
forward orbit of point z0
and saves it to the list for draw package */
block(
[z,orbit,temp],
z:z0, /* first point = critical point z:0+0*%i */
orbit:[[realpart(z),imagpart(z)]],
for i:1 thru iMax step 1 do
( z:expand(f(z,c)),
orbit:endcons([realpart(z),imagpart(z)],orbit)),
return(orbit)
)$
/* gives 3 sublists from forward orbit of internal point */
GiveInternalRays(z0,c,iMax):= block
([a,b,d,z],
a:[],
b:[],
d:[],
z:z0,
for i:1 thru iMax step 1 do
(
a:consD(z,a),
z:f(z,c),
b:consD(z,b),
z:f(z,c),
d:consD(z,d),
z:f(z,c)
),
return([a,b,d])
)$
/* Gives points of backward orbit of z=repellor */
GiveBackwardOrbit(c,repellor,zxMin,zxMax,zyMin,zyMax,iXmax,iYmax):=
block(
hit_limit:4, /* proportional to number of details and time of drawing */
PixelWidth:(zxMax-zxMin)/iXmax,
PixelHeight:(zyMax-zyMin)/iYmax,
/* 2D array of hits pixels . Hit > 0 means that point was in orbit */
array(Hits,fixnum,iXmax,iYmax), /* no hits for beginning */
/* choose repeller z=repellor as a starting point */
stack:[repellor], /*save repellor in stack */
/* save first point to list of pixels */
x_y:[repellor],
/* reversed iteration of repellor */
loop,
/* pop = take one point from the stack */
z:last(stack),
stack:delete(z,stack),
/*inverse iteration - first preimage (root) */
z:finverseplus(z,c),
/* translate from world to screen coordinate */
iX:fix((realpart(z)-zxMin)/PixelWidth),
iY:fix((imagpart(z)-zyMin)/PixelHeight),
hit:Hits[iX,iY],
if hit<hit_limit
then
(
Hits[iX,iY]:hit+1,
stack:endcons(z,stack), /* push = add z at the end of list stack */
if hit=0 then x_y:endcons( z,x_y)
),
/*inverse iteration - second preimage (root) */
z:-z,
/* translate from world to screen coordinate, coversion to integer */
iX:fix((realpart(z)-zxMin)/PixelWidth),
iY:fix((imagpart(z)-zyMin)/PixelHeight),
hit:Hits[iX,iY],
if hit<hit_limit
then
(
Hits[iX,iY]:hit+1,
stack:endcons(z,stack), /* push = add z at the end of list stack to continue iteration */
if hit=0 then x_y:endcons( z,x_y)
),
if is(not emptyp(stack)) then go(loop),
return(x_y) /* list of pixels in the form [z1,z2] */
)$
/*-----------------------------------*/
Psi_n(r,t,z_last, Max_R):=
/* */
block(
[iMax:200,
iMax2:0],
/* ----- forward iteration of 2 points : z_last and w --------------*/
array(forward,iMax-1), /* forward orbit of z_last for comparison */
forward[0]:z_last,
i:0,
while cabs(forward[i])<Max_R and i< ( iMax-2) do
(
/* forward iteration of z in fc plane & save it to forward array */
forward[i+1]:forward[i]*forward[i] + c, /* z*z+c */
/* forward iteration of w in f0 plane : w(n+1):=wn^2 */
r:r*2, /* square radius = R^2=2^(2*r) because R=2^r */
t:mod(2*t,1),
/* */
iMax2:iMax2+1,
i:i+1
),
/* compute last w point ; it is equal to z-point */
R:2^r,
/* w:R*exp(2*%pi*%i*t), z:w, */
array(backward,iMax-1),
backward[iMax2]:rectform(ev(R*exp(2*%pi*%i*t))), /* use last w as a starting point for backward iteration to new z */
/* ----- backward iteration point z=w in fc plane --------------*/
for i:iMax2 step -1 thru 1 do
(
temp:float(rectform(sqrt(backward[i]-c))), /* sqrt(z-c) */
scalar_product:realpart(temp)*realpart(forward[i-1])+imagpart(temp)*imagpart(forward[i-1]),
if (0>scalar_product) then temp:-temp, /* choose preimage */
backward[i-1]:temp
),
return(backward[0])
)$
GiveRay(t,c):=
block(
[r],
/* range for drawing R=2^r ; as r tends to 0 R tends to 1 */
rMin:1E-10, /* 1E-4; rMin > 0 ; if rMin=0 then program has infinity loop !!!!! */
rMax:2,
caution:0.9330329915368074, /* r:r*caution ; it gives smaller r */
/* upper limit for iteration */
R_max:300,
/* */
zz:[], /* array for z points of ray in fc plane */
/* some w-points of external ray in f0 plane */
r:rMax,
while 2^r<R_max do r:2*r, /* find point w on ray near infinity (R>=R_max) in f0 plane */
R:2^r,
w:rectform(ev(R*exp(2*%pi*%i*t))),
z:w, /* near infinity z=w */
zz:cons(z,zz),
unless r<rMin do
( /* new smaller R */
r:r*caution,
R:2^r,
/* */
w:rectform(ev(R*exp(2*%pi*%i*t))),
/* */
last_z:z,
z:Psi_n(r,t,last_z,R_max), /* z=Psi_n(w) */
zz:cons(z,zz)
),
return(zz)
)$
/*
find symmetric point z3
z3 is the same line as z1 and z2 such z2 is between z1 and z3
*/
GiveNextPoint(z1,z2):=(
[x,y,dx,dy],
dx:realpart(z1)-realpart(z2),
dy:imagpart(z1)-imagpart(z2),
x:realpart(z2)-dx,
y:imagpart(z2)-dy,
x+y*%i
)$
compile(all)$
/* ----------------------- main ----------------------------------------------------*/
period:3$
/* external angle in turns */
/* resolution is proportional to number of details and time of drawing */
iX_max:1000;
iY_max:1000;
/* define z-plane ( dynamical ) */
ZxMin:-2.0;
ZxMax:2.0;
ZyMin:-2.0;
ZyMax:2.0;
/* limit cycle */
k:G[period,z,c]$ /* here c and z are symbols */
/* c:-0.12256+0.74486*%i; value by Milnor*/
c:0.74486176661974*%i-0.12256116687665; /* center of period 3 component */
/* find periodic z points */
s:GiveRoots(ev(k))$ /* ev moves value to c symbol here */
z0:s[1];
z1:rectform(float(f(z0,c)));
z2:rectform(float(f(z1,c)));
/* create 2 sublists : s1 and s2 from one list s */
s1:[z0,z1,z2]$
s2:delete(s[1],s);
for z in s2 do if abs(z-z1)<0.1 then s2:delete(z,s2) ;
for z in s2 do if abs(z-z2)<0.1 then s2:delete(z,s2) ;
/* compute fixed points */
beta:float(rectform((1+sqrt(1-4*c))/2)); /* compute repelling fixed point beta */
alfa:float(rectform((1-sqrt(1-4*c))/2)); /* other fixed point */
/* compute backward orbit of repelling fixed point */
xy: GiveBackwardOrbit(c,beta,ZxMin,ZxMax,ZyMin,ZyMax,iX_max,iY_max)$ /**/
/* compute ray points & save to zz list */
eRay1o7:GiveRay(1/7,c)$
eRay2o7:GiveRay(2/7,c)$
eRay4o7:GiveRay(4/7,c)$
/* time of computations */
time:fix(elapsed_run_time ()-start)$
/* draw it using draw package by */
load(draw);
path:"~/maxima/batch/julia/rabbit/"$ /* if empty then file is in a home dir */
/* if graphic file is empty (= 0 bytes) then run draw2d command again */
draw2d(
terminal = 'svg,
file_name = sconcat(path,"Julia_1_3g"),
user_preamble="set size square;set key bottom right",
title= concat("Dynamical plane for fc(z)=z*z+",string(c)),
dimensions = [iX_max, iY_max],
yrange = [ZyMin,ZyMax],
xrange = [ZxMin,ZyMax],
xlabel = "Z.re ",
ylabel = "Z.im",
point_type = filled_circle,
points_joined =true,
point_size = 0.2,
color = red,
points_joined =false,
color = black,
key = "backward orbit of z=beta",
points(map(realpart,xy),map(imagpart,xy)),
points_joined =true,
point_size = 0.2,
color = red,
key = "external ray 1/7",
points(map(realpart,eRay1o7),map(imagpart,eRay1o7)),
key = "external ray 2/7",
points(map(realpart,eRay2o7),map(imagpart,eRay2o7)),
key = "external ray 4/7",
points(map(realpart,eRay4o7),map(imagpart,eRay4o7)),
points_joined =false,
color = blue,
point_size = 1.4,
key = "repelling fixed point z= beta",
points([[realpart(beta),imagpart(beta)]]),
color = yellow,
key = "fixed point alfa and repelling period 3 cycle",
points([[realpart(alfa),imagpart(alfa)]]),
color = green,
key = sconcat("attracting period ",string(period)," cycle"),
points(map(realpart,s1),map(imagpart,s1))
);Acknowledgements
This program is not only my work but was done with help of many great people (see references). Warm thanks (:-))
References
- ↑ | Program madel by Wolf Jung
- ↑ c program by Curtis McMullen (quad.c in Julia.tar.gz) archive copy at the Wayback Machine
- ↑ Quadratische Polynome by Matjaz Erat. Archived from the original on 2023-04-05. Retrieved on 2015-06-28.
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28 jun 2015
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|---|---|---|---|---|---|
| actual | 19:47 2 mar 2020 | 1000 × 1000 (1,5 MB) | wikimediacommons>Soul windsurfer | removed repelling period 3 cycle, which is not at fixed point |
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