浅析豪斯道夫维数

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  摘 要:在众多的分形维数当中,豪斯道夫维数是最基本、最重要、应用最广泛的一种,在处理测度的概念的基础上相比较而言更为容易,它在任何的集合上都是有定义的,但是在许多的情况下无法计算或者估算维数的值。本文先从豪斯道夫维数的定义入手进行简单的分析,再对它的性质进行了解,引用三分康托集来计算豪斯道夫维数。
  关键词:豪斯道夫维数;豪斯道夫测度;三分康托集
  一、 豪斯道夫维数的定义
  设t>s,且{Ui}是F的δ-覆盖,当对每一i都有0<|Ui|≤δ,有∑i|Ui|t=
  ∑i|Ui|t-s|Ui|s≤δt-s∑i|Ui|s,又同时取inf
  ∑
  SymboleB@ i|Ui|t≤δt-sinf∑
  SymboleB@ i|Ui|s,故h-tδ(F)≤δt-sh-sδF。
  当δ→0时,对于t>s,如果h-s(F)<
  SymboleB@ ,那么h-t(F)=0。
  定义:使得h-s(F)从
  SymboleB@ 跳跃到0的临界点s的值就称为F的豪斯道夫维数,记dimHF,即dimHF=infs:h-s(F)=0=sups:h-s(F)=
  SymboleB@
  或者h-s(F)=
  SymboleB@ ,若sdimHF。
  注:如果s=dimHF,那么h-s(F)可以是零或者無穷或者满足0  二、 豪斯道夫维数的性质
  1. 开集:如果FRn是开集,由于F中含有一个正n维体积的球,因此dimHF=n。
  2. 可数集:如果F为可数的,故dimHF=0.其中,若Fi是一单点,则h-0(Fi)=1,dimHF=0,由数学中的可数稳定性质,dimH∪ SymboleB@ i=1Fi=0。
  3. 光滑集:如果F是Rn中的光滑的m维流形,那么dimHF=m。
  4. 单调性:如果EF,那么dimHE≤dimHF。
  5. 可数稳定性:如果F1,F2,…为一个可数的集序列,那么dimH∪ SymboleB@ i=1Fi=sup1≤i< SymboleB@ {dimHFi}。由单调性可知,对于每一个j,必然有dimH∪ SymboleB@ i=1Fi≥
  dimHFj.另外,如果s>dimHFi,则对任何的i,h-sFi=0,因此,h-s∪
  SymboleB@ i=1F=0,随之给出反向不等式。
  6. 变换性:由豪斯道夫维数测度的相关性质可得到。
  7. 不变量性:在李卜希兹变换下,豪斯道夫维数是不变量。
  三、 豪斯道夫维数的计算
  例题:设F为三分康托集,如果s=log2/log3=0.6309…,那么dimHF=s。
  证明:将康托集F分成左右两个部分,分别为FL=F∩0,13和FR=F∩23,1,从中可以发现,FL和FR都和F几何的相似,从而有F=13FL和F=13FR(近似相等,误差忽略不计),但FL∩FR=(也就是F=FL∪FR是不交并),因此,对于所有的s,由豪斯道夫测度的比例性质h-sλF=λsh-s(F),能得到
  h-s(F)=h-s(FL) h-s(FR)=
  h-s13F h-s13F=13sh-sF 13sh-sF=213sh-sF
  假设在临界值s=dimHF时,有0  SymboleB@ (可能合理的假设),将上式两端同时除以h-sF,得到1=213s,两端同时取对数有s=log2/log3。所以dimHF=s。
  参考文献:
  [1]肯尼思·法尔科内.分形几何[M].沈阳:东北大学出版社,2001:45-50.
  作者简介:盛铁军,冯莉莉,吉林省长春市吉林师范大学数学学院。
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