Ensemble de Julia

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Un ensemble de Julia.

En dynamique holomorphe, l'ensemble de Julia et l'ensemble de Fatou sont deux ensembles complémentaires l'un de l'autre, définis à partir du comportement d'une fonction (ou d'une application) holomorphe par composition itérée avec elle-même.

Alors que l'ensemble de Fatou est l'ensemble des points en lesquels un faible changement du point de départ entraîne un faible changement sur la suite de l'itération (stabilité), l'ensemble de Julia est quant à lui, essentiellement caractérisé par le fait qu'une petite perturbation au départ se répercute en un changement radical de cette suite (chaos).

Les ensembles de Julia offrent de nombreux exemples d'ensembles fractals.

Ces deux ensembles ont été nommés en l'honneur des mathématiciens français Pierre Fatou et Gaston Julia dont les travaux, au début du XXe siècle, sont à l'origine d'une nouvelle branche des mathématiques, la dynamique holomorphe.

Si f est la fonction engendrant le système dynamique, on a l'habitude de noter J(f) et F(f) les ensembles de Julia et Fatou qui lui sont associés.

La définition fut initialement donnée pour les fractions rationnelles[1],[2],[3],[4],[5],[6] mais on peut l'étendre à d'autres classes de fonctions holomorphes. Les polynômes sont un cas particulier de fractions rationnelles. Pour ces derniers, une autre définition est souvent utilisée : l'ensemble de Julia est la frontière du bassin d'attraction de l'infini. L'équivalence des deux définitions est un théorème. Ci-dessous est présenté un cas particulier de polynôme du second degré.

Un exemple[modifier | modifier le code]

Étant donnés deux nombres complexes, c et z0, définissons la suite (zn) par la relation de récurrence :

zn+1 = zn2 + c.

Pour une valeur donnée de c, l'ensemble de Julia correspondant est la frontière de l'ensemble des valeurs initiales z0 pour lesquelles la suite est bornée (l'ensemble de ces valeurs étant, lui, désigné comme l'ensemble de Julia rempli). La définition des ensembles de Julia est relativement proche de celle de l'ensemble de Mandelbrot qui est l'ensemble de toutes les valeurs de c pour lesquelles la suite (zn) est bornée, en prenant z0 = 0.

L'ensemble de Mandelbrot est, d'une certaine façon, un ensemble d'indices particuliers pour les ensembles de Julia.

En effet, à tout point du plan complexe (qui représente une valeur de c) correspond un ensemble de Julia : nous pouvons imaginer un film sur lequel nous voyons défiler les ensembles de Julia correspondant à un point qui se déplace dans le plan complexe.

Quand le point appartient à l'ensemble de Mandelbrot, l'ensemble de Julia correspondant est d'« une seule pièce » c'est-à-dire topologiquement connexe.

Lorsque le point traverse la frontière de l'ensemble de Mandelbrot, l'ensemble de Julia se brise en une poussière de Cantor formée de points non connectés mais dont tout voisinage contient un autre point de l'ensemble.

Images[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Gaston Julia, « Mémoire sur l'itération des fonctions rationnelles », Journal de Mathématiques Pures et Appliquées, vol. 8,‎ 1918, p. 47-245 (lire en ligne).
  2. Pierre Fatou, « Sur les substitutions rationnelles », Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris, vol. 164,‎ 1917, p. 806-808 (lire en ligne).
  3. Pierre Fatou, « Sur les substitutions rationnelles », Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris, vol. 166,‎ 1917, p. 992-995 (lire en ligne).
  4. Pierre Fatou, « Sur les équations fonctionnelles », Bulletin de la Société Mathématique de France, vol. 47,‎ 1919, p. 161-271 (lire en ligne).
  5. Pierre Fatou, « Sur les équations fonctionnelles », Bulletin de la Société Mathématique de France, vol. 48,‎ 1920, p. 33-94 (lire en ligne).
  6. Pierre Fatou, « Sur les équations fonctionnelles », Bulletin de la Société Mathématique de France, vol. 48,‎ 1920, p. 208-314 (lire en ligne).

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