Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

MI_T2TerekhovSV

.pdf
Скачиваний:
281
Добавлен:
13.04.2015
Размер:
14.02 Mб
Скачать

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

XX. Фрактальная геометрия

Вариант 7

1. Определить размерность Хаусдорфа-Безиковича для конструкти-

вного фрактала, построение которого из отрезка единичной длины показано на рисунке (в отчёте изобразить рисунки пунктов 1 и 2 до шага n = 4 ):

шаг n = 0 ;

 

 

 

 

 

 

шаг n =1; …

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Вычислить фрактальную размерность фигуры, построение которой показано на рисунке:

шаг n = 0 ; шаг n =1; шаг n = 2 ; …

3. Используя приведенную таблицу и четыре системы аффинных

Фрактал

a

b

c

d

e

f

Папоротник

0,7000

0,0000

0,0000

0,7000

0,1496

0,2962

 

0,1000

– 0,4330

0,1732

0,2500

0,4478

0,0014

 

0,1000

0,4330

– 0,1732

0,2500

0,4445

0,1559

 

0,0000

0,0000

0,0000

0,3000

0,4987

0,0070

Кристалл

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,3726

0,6714

 

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,1146

0,2232

 

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,6306

0,2232

 

0,3700

– 0,6420

0,6420

0,3700

0,6356

– 0,0061

Лист

0,4000

– 0,3733

0,0600

0,6000

0,3533

0,0000

 

– 0,8000

– 0,1867

0,1371

0,8000

1,1000

0,1000

Дерево

0,1950

– 0,4880

0,3440

0,4430

0,4431

0,2452

 

0,4620

0,4140

– 0,2520

0,3610

0,2511

0,5692

 

– 0,0580

– 0,0700

0,4530

– 0,1110

0,5976

0,0969

 

– 0,0350

0,0700

– 0,4690

0,0220

0,4884

0,5069

 

– 0,6370

0,0000

0,0000

0,5010

0,8562

0,2513

преобразований вида (СИФ) x n+1 = a xn +b yn + e , построить лист (чис-

yn+1 = c xn + d yn + f

ло итераций 200000).

500

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

4.Придумать и построить на компьютере свой фрактал с помощью собственной детерминированной или рандомизированной СИФ.

5.Создать компьютерную программу итерационного процесса поиска корней уравнения xn+1 = f (xn ) , если f (x) =6x 2 +5x +1, с фиксацией то-

чек ( xn ; f ( xn ) ) на экране дисплея.

 

 

&

6. Решить уравнение Лоренца

 

X =a(Y X )

Y&=bX Y X Z

 

 

&

 

Z =−cZ +XY

построить график функции Z(t) .

 

 

 

X& = −Y Z

7. Решить уравнение Рёсслера

Y& = X + a Y

 

 

&

 

 

Z = b + Z ( X

построить график функции Y (t) .

при a =10 , c =8 / 3 и b= 24,74,

при a=0,3 ; b=0,4 и c =8 ,

c)

8.Найти вейвлет-образы функций Z(t) из пункта 6 и Y(t) из пункта 7.

9.Построить множество Мандельброта, согласно системы итераци-

 

 

2

 

 

 

2

+ a

 

 

x n+1

= x n

y n

, если a=1,7

и b= −1,1.

онных уравнений

 

= 2 x

 

y

 

+ b

y

n+1

n

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Создать компьютерную программу для реализации итерацион-

ного процесса метода Ньютона zn+1

=zn

f (zn)

для комплексной функ-

 

 

 

f '(zn)

ции f (z) =a z2 +b z +c, если a =1; b=3 и c = −4 .

11. Исследовать с помощью компьютерной программы трёхмерную

 

xn +1 = xn2 yn2 zn2 + a

 

проекцию фигуры Жюлиа

yn +1 = 2 xn yn + b

, если a = 0,1 ; b = 0,5 и c = 4 .

 

zn +1 = 2 xn zn + c

 

 

 

 

 

 

12. Создать компьютерную программу и исследовать с её помощью

 

d x

=a y +bsin y

 

решение системы уравнений

 

 

 

. Выяснить влияние на вид

 

dτ

 

 

 

 

 

 

 

d y

=−a x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dτ

 

 

решения значений параметров a и b . Найти их критические величины. Изобразить решение на плоскости xO y .

501

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

XX. Фрактальная геометрия

Вариант 8

1. Определить размерность Хаусдорфа-Безиковича для конструкти-

вного фрактала, построение которого из отрезка единичной длины показано на рисунке (в отчёте изобразить рисунки пунктов 1 и 2 до шага n = 4 ):

шаг n = 0 ;

шаг n =1; …

2. Вычислить фрактальную размерность фигуры, построение которой показано на рисунке:

шаг n = 0 ; шаг n =1; шаг n = 2 ; …

3. Используя приведенную таблицу и четыре системы аффинных

Фрактал

a

b

c

d

e

f

Папоротник

0,7000

0,0000

0,0000

0,7000

0,1496

0,2962

 

0,1000

– 0,4330

0,1732

0,2500

0,4478

0,0014

 

0,1000

0,4330

– 0,1732

0,2500

0,4445

0,1559

 

0,0000

0,0000

0,0000

0,3000

0,4987

0,0070

Кристалл

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,3726

0,6714

 

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,1146

0,2232

 

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,6306

0,2232

 

0,3700

– 0,6420

0,6420

0,3700

0,6356

– 0,0061

Лист

0,4000

– 0,3733

0,0600

0,6000

0,3533

0,0000

 

– 0,8000

– 0,1867

0,1371

0,8000

1,1000

0,1000

Дерево

0,1950

– 0,4880

0,3440

0,4430

0,4431

0,2452

 

0,4620

0,4140

– 0,2520

0,3610

0,2511

0,5692

 

– 0,0580

– 0,0700

0,4530

– 0,1110

0,5976

0,0969

 

– 0,0350

0,0700

– 0,4690

0,0220

0,4884

0,5069

 

– 0,6370

0,0000

0,0000

0,5010

0,8562

0,2513

преобразований вида (СИФ) xn+1 =a xn +b yn +e , построить дерево (чис-

yn+1 =c xn +d yn + f

ло итераций 200000).

502

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

4.Придумать и построить на компьютере свой фрактал с помощью собственной детерминированной или рандомизированной СИФ.

5.Создать компьютерную программу итерационного процесса поиска корней уравнения xn+1 = f (xn ) , если f (x) =8x 2 +2x 1, с фиксацией то-

чек ( xn ; f ( xn ) ) на экране дисплея.

 

 

&

6. Решить уравнение Лоренца

 

X =a(Y X )

Y&=bX Y X Z

 

 

&

 

Z =−cZ +XY

построить график функции Y (t) .

 

 

 

X& = −Y Z

7. Решить уравнение Рёсслера

Y& = X + a Y

 

 

&

 

 

Z = b + Z ( X

построить график функции Z(t) .

при a =10 , c =8 / 3 и b= 24,74,

при a=0,3 ; b=0,4 и c =8 ,

c)

8.Найти вейвлет-образы функций Y (t) из пункта 6 и Z(t) из пункта 7.

9.Построить множество Мандельброта, согласно системы итераци-

 

 

2

 

 

 

2

+ a

 

 

x n+1

= x n

y n

, если a=0,2

и b= −0,7 .

онных уравнений

 

= 2 x

 

y

 

+ b

y

n+1

n

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Создать компьютерную программу для реализации итерацион-

ного процесса метода Ньютона zn+1

=zn

f (zn)

для комплексной функ-

 

 

 

f '(zn)

ции f (z) =a z2 +b z +c, если a = 4 ; b= 0 и c =1.

11. Исследовать с помощью компьютерной программы трёхмерную

 

xn +1 = xn2 yn2 zn2 + a

 

проекцию фигуры Жюлиа

yn +1 = 2 xn yn + b

, если a = 0,2 ; b = 0,1 и c =6 .

 

zn +1 = 2 xn zn + c

 

 

 

 

 

 

12. Создать компьютерную программу и исследовать с её помощью

 

d x

=a y +bsin y

 

решение системы уравнений

 

 

 

. Выяснить влияние на вид

 

dτ

 

 

 

 

 

 

 

d y

=−a x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dτ

 

 

решения значений параметров a и b . Найти их критические величины. Изобразить решение на плоскости xO y .

503

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

XX. Фрактальная геометрия

Вариант 9

1. Определить размерность Хаусдорфа-Безиковича для конструкти-

вного фрактала, построение которого из отрезка единичной длины показано на рисунке (в отчёте изобразить рисунки пунктов 1 и 2 до шага n = 4 ):

шаг n = 0 ;

шаг n =1; …

2. Вычислить фрактальную размерность фигуры, построение которой показано на рисунке:

шаг n = 0 ;

шаг n =1;

шаг n = 2 ; …

3. Используя приведенную таблицу и четыре системы аффинных

Фрактал

a

b

c

d

e

f

Папоротник

0,7000

0,0000

0,0000

0,7000

0,1496

0,2962

 

0,1000

– 0,4330

0,1732

0,2500

0,4478

0,0014

 

0,1000

0,4330

– 0,1732

0,2500

0,4445

0,1559

 

0,0000

0,0000

0,0000

0,3000

0,4987

0,0070

Кристалл

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,3726

0,6714

 

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,1146

0,2232

 

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,6306

0,2232

 

0,3700

– 0,6420

0,6420

0,3700

0,6356

– 0,0061

Лист

0,4000

– 0,3733

0,0600

0,6000

0,3533

0,0000

 

– 0,8000

– 0,1867

0,1371

0,8000

1,1000

0,1000

Дерево

0,1950

– 0,4880

0,3440

0,4430

0,4431

0,2452

 

0,4620

0,4140

– 0,2520

0,3610

0,2511

0,5692

 

– 0,0580

– 0,0700

0,4530

– 0,1110

0,5976

0,0969

 

– 0,0350

0,0700

– 0,4690

0,0220

0,4884

0,5069

 

– 0,6370

0,0000

0,0000

0,5010

0,8562

0,2513

преобразований вида (СИФ) xn+1 =a xn +b yn +e , построить папоротник

yn+1 =c xn +d yn + f

(число итераций 200000).

504

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

4.Придумать и построить на компьютере свой фрактал с помощью собственной детерминированной или рандомизированной СИФ.

5.Создать компьютерную программу итерационного процесса поиска корней уравнения xn+1 = f ( xn ) , если f (x) =9x 2 4 , с фиксацией то-

чек ( xn ; f ( xn ) ) на экране дисплея.

 

 

&

6. Решить уравнение Лоренца

 

X =a(Y X )

Y&=bX Y X Z

 

 

&

 

Z =−cZ +XY

построить график функции Z(t) .

 

 

 

X& = −Y Z

7. Решить уравнение Рёсслера

Y& = X + a Y

 

 

&

 

 

Z = b + Z ( X

построить график функции X (t) .

при a =10 , c =8 / 3 и b= 24,74,

при a=0,3 ; b=0,4 и c =8 ,

c)

8.Найти вейвлет-образы функций Z(t) из пункта 6 и X (t) из пункта 7.

9.Построить множество Мандельброта, согласно системы итераци-

 

 

2

 

 

 

2

+ a

 

 

x n+1

= x n

y n

, если a = −2,1

и b= −0,1.

онных уравнений

 

= 2 x

 

y

 

+ b

y

n+1

n

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Создать компьютерную программу для реализации итерацион-

ного процесса метода Ньютона zn+1

=zn

f (zn)

для комплексной функ-

 

 

 

f '(zn)

ции f (z) =a z2 +b z +c, если a =6 ; b=5 и c =1.

11. Исследовать с помощью компьютерной программы трёхмерную

 

xn +1 = xn2 yn2 zn2 + a

 

проекцию фигуры Жюлиа

yn +1 = 2 xn yn + b

, если a = 0,3 ; b = 0,5 и c=3.

 

zn +1 = 2 xn zn + c

 

 

 

 

 

 

12. Создать компьютерную программу и исследовать с её помощью

 

d x

=a y +bsin y

 

решение системы уравнений

 

 

 

. Выяснить влияние на вид

 

dτ

 

 

 

 

 

 

 

d y

=−a x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dτ

 

 

решения значений параметров a и b . Найти их критические величины. Изобразить решение на плоскости xO y .

505

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

XX. Фрактальная геометрия

Вариант 10

1. Определить размерность Хаусдорфа-Безиковича для конструкти-

вного фрактала, построение которого из отрезка единичной длины показано на рисунке (в отчёте изобразить рисунки пунктов 1 и 2 до шага n = 4 ):

шаг n = 0 ;

шаг n =1; …

2. Вычислить фрактальную размерность фигуры, построение которой показано на рисунке:

шаг n = 0 ;

шаг n =1;

шаг n = 2 ; …

3. Используя приведенную таблицу и четыре системы аффинных

Фрактал

a

b

c

d

e

f

Папоротник

0,7000

0,0000

0,0000

0,7000

0,1496

0,2962

 

0,1000

– 0,4330

0,1732

0,2500

0,4478

0,0014

 

0,1000

0,4330

– 0,1732

0,2500

0,4445

0,1559

 

0,0000

0,0000

0,0000

0,3000

0,4987

0,0070

Кристалл

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,3726

0,6714

 

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,1146

0,2232

 

0,2550

0,0000

0,0000

0,2550

0,6306

0,2232

 

0,3700

– 0,6420

0,6420

0,3700

0,6356

– 0,0061

Лист

0,4000

– 0,3733

0,0600

0,6000

0,3533

0,0000

 

– 0,8000

– 0,1867

0,1371

0,8000

1,1000

0,1000

Дерево

0,1950

– 0,4880

0,3440

0,4430

0,4431

0,2452

 

0,4620

0,4140

– 0,2520

0,3610

0,2511

0,5692

 

– 0,0580

– 0,0700

0,4530

– 0,1110

0,5976

0,0969

 

– 0,0350

0,0700

– 0,4690

0,0220

0,4884

0,5069

 

– 0,6370

0,0000

0,0000

0,5010

0,8562

0,2513

преобразований вида (СИФ) x n +1 = a xn + b yn + e , построить кристалл

yn +1 = c xn + d yn + f

(число итераций 200000).

506

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

4.Придумать и построить на компьютере свой фрактал с помощью собственной детерминированной или рандомизированной СИФ.

5.Создать компьютерную программу итерационного процесса пои-

ска корней уравнения xn+1 = f (xn ) , если f (x) =x 2 9 , с фиксацией точек ( xn ; f ( xn ) ) на экране дисплея.

 

 

&

6. Решить уравнение Лоренца

 

X =a(Y X )

Y&=bX Y X Z

 

 

&

 

Z =−cZ +XY

построить график функции Y (t) .

 

 

 

X& = −Y Z

7. Решить уравнение Рёсслера

Y& = X + a Y

 

 

&

 

 

Z = b + Z ( X

построить график функции X (t) .

при a =10 , c =8 / 3 и b= 24,74,

при a=0,4 ; b=0,2 и c = 4 ,

c)

8.Найти вейвлет-образы функций Y(t) из пункта 6 и X (t) из пункта 7.

9.Построить множество Мандельброта, согласно системы итераци-

 

 

2

 

 

 

2

+ a

 

 

x n+1

= x n

y n

, если a=0,4

и b=0,2 .

онных уравнений

 

= 2 x

 

y

 

+ b

y

n+1

n

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Создать компьютерную программу для реализации итерацион-

ного процесса метода Ньютона zn+1

=zn

f (zn)

для комплексной функ-

 

 

 

f '(zn)

ции f (z) =a z2 +b z +c, если a =9 ; b= 0 и c = −1 .

11. Исследовать с помощью компьютерной программы трёхмерную

 

xn +1 = xn2 yn2 zn2 + a

 

проекцию фигуры Жюлиа

yn +1 = 2 xn yn + b

, если a = 0,2 ; b = 0,4 и c=5 .

 

zn +1 = 2 xn zn + c

 

 

 

 

 

 

12. Создать компьютерную программу и исследовать с её помощью

 

d x

=a y +bsin y

 

решение системы уравнений

 

 

 

. Выяснить влияние на вид

 

dτ

 

 

 

 

 

 

 

d y

=−a x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dτ

 

 

решения значений параметров a и b . Найти их критические величины. Изобразить решение на плоскости xO y .

507

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Список использованных источников

1.Берман Г.Н. Сборник задач по курсу математического анализа. –

М.: Наука, 1977. – 416 с.

2.Виноградов И.А., Олехник С.Н., Садовничий В.А. Задачи и упражнения по математическому анализу: Пособие для университетов, пед. вузов. В 2 ч. – 3-е изд., испр. – М.: Дрофа, 2001. – 725 с.

3.Герасимчук В.С., Васильченко Г.С., Кравцов В.И. Курс классической математики в примерах и задачах, ч.1. – М.: Физматлит, 2008. – 672 с.

4.Герасимчук В.С., Васильченко Г.С., Кравцов В.И. Курс классической математики в примерах и задачах, ч.2. – М.: Физматлит, 2008. – 504 с.

5.Герасимчук В.С., Васильченко Г.С., Кравцов В.И. Курс классической математики в примерах и задачах, ч.3. – М.: Физматлит, 2008. – 488 с.

6.Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике. – М.: Высшая школа, 1979. –

400с.

7.Гусак А.А. Аналитическая геометрия и линейная алгебра: Справочное пособие к решению задач / А.А. Гусак. – Изд. 3-е, стереотип. – Минск: Тетра-Системс, 2003. – 288 с.

8.Гусак А.А. Пособие к решению задач по высшей математике. –

Минск: Изд. БГУ, 1973. – 532 с.

9.Задания к индивидуальным практическим занятиям по разделу курса высшей математики „Интегральное исчисление”. / Сост.: Носенко Ю.Л., Носенко Н.П. – Донецк: ДПИ, 1986. – 56 с.

10.Задачи по теории вероятностей. Часть 1. Комбинаторика, классическое и геометрическое определение вероятности. Методические указания к решению задач для студентов всех специальностей и всех форм обучения механико-математического факультета РГУ. / Сост.: Бездудный Г.М., Знаменский В.А., Коваленко Н.В., Ковальчук В.Е., Луценко А.И., Рындина В.В. – Ростов-на-Дону: РГУ, 2002.

– 54 с.

11.Запорожец Г.И. Руководство к решению задач по математическому анализу. – М.: Высшая школа, 1964. – 478 с.

12.Ильин В.А. Аналитическая геометрия: Учебное пособие для вузов / В.А. Ильин, Э.Г. Позняк. – 6-е изд., стер. – М.: Физматлит, 2003. – 240 с.

508

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

13.Интегрирование тригонометрических функций. Методические указания для самостоятельной работы / Сост.: Цибенова Р.В., Сордохонова Е.Н. – Улан-Удэ: ВСГТУ, 2004. – 40 с.

14.Интегрирование функций одной переменной. Методические указания / Сост.: Фёдоров В.Е. – Челябинск: ЧГУ, 2000. – 37 с.

15.Каплан И.А. Практические занятия по высшей математике. –

Харьков: Изд. ХГУ, 1971. – Ч. III.– 500 с.

16.Коршунов Д.А., Фосс С.Г. Сборник задач и упражнений по теории вероятностей: Учебное пособие. – Новосибирск: Новосибирс-

кий гос. ун-т, 2003. – 119 с.

17.Краткие теоретические сведения по некоторым разделам высшей математики (основы линейной и векторной алгебр; аналитическая геометрия на плоскости и в пространстве) и индивидуальные задания из методических разработок преподавателей кафедры для студентов специальностей ОМД и ТО физико-металлургического факультета. Первый курс, первый семестр. Часть 1 / Сост.: Терехов С.В. – Донецк: ДНТУ, 2005. – 49 с.

18.Краткие теоретические сведения по некоторым разделам высшей математики (пределы и непрерывность функции; дифференциальное исчисление и исследование функций с помощью производных) и индивидуальные задания из методических разработок преподавателей кафедры для студентов специальностей ОМД и ТО физико-металлургического факультета. Первый курс, первый семестр. Часть 2/ Сост.: Терехов С.В. – Донецк: ДНТУ, 2005. – 54 с.

19.Краткие теоретические сведения по некоторым разделам высшей математики (неопределенный и определенный интегралы) и индивидуальные задания из методических разработок преподавателей кафедры для студентов специальностей ОМД и ТО физико-ме- таллургического факультета. Первый курс, второй семестр. Часть 3 / Сост.: Терехов С.В. – Донецк: ДНТУ, 2005. – 69 с.

20.Краткие теоретические сведения по некоторым разделам высшей математики (дифференциальные уравнения; ряды) и индивидуальные задания из методических разработок преподавателей кафедры для студентов специальностей ОМД и ТО физико-металлургиче- ского факультета. Первый курс, второй семестр. Часть 4 / Сост.: Терехов С.В. – Донецк: ДНТУ, 2005. – 69 с.

21.Краткие теоретические сведения по некоторым разделам высшей математики (тензорная алгебра и ее применение) и индивидуальные задания из методических разработок преподавателей кафед-

509

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]