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/ NetNews Usenet Archive 1992 #20 / NN_1992_20.iso / spool / sci / math / 11239 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-09-10  |  4.0 KB

  1. Path: sparky!uunet!mcsun!uknet!pavo.csi.cam.ac.uk!camcus!gjm11
  2. From: gjm11@cus.cam.ac.uk (G.J. McCaughan)
  3. Newsgroups: sci.math
  4. Subject: Re: What about 3.4 dimension?
  5. Message-ID: <1992Sep10.235019.834@infodev.cam.ac.uk>
  6. Date: 10 Sep 92 23:50:19 GMT
  7. References: <Sep10.194827.29156@yuma.ACNS.ColoState.EDU>
  8. Sender: news@infodev.cam.ac.uk (USENET news)
  9. Organization: U of Cambridge, England
  10. Lines: 65
  11. Nntp-Posting-Host: apus.cus.cam.ac.uk
  12.  
  13. In article <Sep10.194827.29156@yuma.ACNS.ColoState.EDU>, be231642@longs.LANCE.ColoState.EDU (Bret Egan) writes:
  14.  
  15. > Is there any literature about the possibilites of dimensions of real numbers?
  16. > R^1.2 or R^pi
  17.  
  18. Well, there are certainly notions of dimension that can give non-integral
  19. answers. It's not a case of fractional-dimension SPACES, though (I really
  20. don't see any chance of R^pi making sense), but of fractional-dimension
  21. SETS.
  22. This sort of thing is all tied up with fractals, so I suppose it's quite
  23. trendy at the moment. Here's one way of looking at it...
  24.  
  25. One way to figure out the dimension of something is to try covering it with
  26. lots of little balls or boxes or whatever, and see how the number of balls,
  27. boxes or whatever needed varies as the <whatever> get smaller.
  28.  
  29. So if you've got a 2-dimensional thing, halving the size of your bits means
  30. you have to multiply the number of them by 4; but if you've got a 1-dimensional
  31. thing, you can sort of string the little balls/boxes/whatever along it, and
  32. you only need about twice as many when you halve the size.
  33.  
  34.  (If you don't see this: Draw on a piece of paper (i) a 2-dimensional blob and
  35.  (ii) a wiggly line, or something made up of a [finite!] number of wiggly lines.
  36.  Then try to cover each of them with as few circles of radius 1cm as possible,
  37.  and then with as few of radius 0.5cm as possible. (Don't worry about how exactly
  38.  circular your circles are.) You should find that for (i) you need about four
  39.  times as many half-size circles, but for (ii) you need about twice as many.)
  40.  
  41.   NB Don't make the line *too* wiggly. Roughly, to get the scaling coming out
  42.      right you need the wiggles to be on a smaller scale than the size of the
  43.      circles you use.
  44.  
  45. OK; what's happening here, translated into mathematician-speak, is that for
  46. small enough values of r the number of circles (or balls, or boxes, or ...)
  47. you need if they all have radius r, is about K/r^D where K is some constant
  48. and D is the dimension of the object you're looking at.
  49.  
  50. Well, there are sets for which a relation like that holds WITH FRACTIONAL D,
  51. and in these cases it seems sense to call D the "dimension" of the set.
  52.  
  53.  Example: That famous "snowflake" thing you get as follows: The first "stage"
  54.  is just an equilateral triangle. The second is obtained by gluing on a 1/3-size
  55.  equilateral triangle onto the outside of each side of the triangle; this looks
  56.  like a Star of David. The third is obtained by gluing on a 1/9-size triangle
  57.  to the outside of each line segment making up the new figure. And so on, adding
  58.  more and smaller triangles every time.
  59.  If you think of this as a "filled-in" shape, it has dimension 2. (This is easy
  60.  to prove.) But what about the boundary? That actually has dimension 4/3, and
  61.  this is sort of because if you look at it at 3 times the "magnification" you
  62.  see 4 times as many line segments (at each stage you replace one line by four
  63.  lines of 1/3 the length). If you like, try the same experiment as I suggested
  64.  earlier!
  65.  
  66. This is the usual notion of fractional dimension; it is basically due to
  67. Hausdorff. If you are reasonably expert with mathematics you could have a
  68. look at "The Geometry of Fractal Sets" by Falconer, published CUP quite
  69. recently (198x); if not, you'd perhaps do better to read one of the many
  70. books on fractals -- certainly Mandelbrot's "The Fractal Geometry of Nature"
  71. has quite a lot of discussion of dimension; there are more recent books,
  72. some of which might also have the information you want.
  73.  
  74. -- 
  75. Gareth McCaughan     Dept. of Pure Mathematics & Mathematical Statistics,
  76. gjm11@cus.cam.ac.uk  Cambridge University, England.    [Research student]
  77.