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Matemágica

Mandelbrot e Julia

Arraste o ponto c no conjunto de Mandelbrot, veja a Julia correspondente, dê zoom nas duas figuras e ajuste c e o número de iterações pelos campos.

Nível 3 · Avançado Aula Origem: migrada

Mandelbrot e Julia

Para cada número complexo c, calcule a sequência z₀ = 0, z₁ = z₀² + c, z₂ = z₁² + c, e assim por diante. Se a sequência fica limitada, c pertence ao conjunto de Mandelbrot. Se ela cresce sem parar, c fica de fora. As cores mostram com que velocidade cada ponto escapa: quanto mais iterações até escapar, mais quente ou mais clara a cor.

A figura da esquerda é o conjunto de Mandelbrot. Arraste o ponto c sobre ela. A figura da direita é o conjunto de Julia correspondente ao mesmo c: agora c é fixo, e o que varia é o ponto de partida z₀, que percorre o plano.

O que observar

Por que a sequência escapa?

Um critério simples garante a fuga. Se |c| ≤ 2 e |z| > 2, então:

|z² + c| ≥ |z|² − |c| ≥ |z|² − 2 > |z|

Ou seja, a distância de z à origem cresce a cada passo e tende ao infinito. Por isso basta acompanhar a órbita até |z| passar de 2: se isso acontecer, o ponto está fora; se não acontecer até o limite de iterações, consideramos que pertence ao conjunto. Essa é uma aproximação, porque o limite de iterações é finito.

Conexidade

Gaston Julia e Pierre Fatou estudaram essas iterações por volta de 1918, sem computadores. O resultado central é: o conjunto de Julia de c é conexo se, e somente se, c pertence ao conjunto de Mandelbrot. Por isso a aula diz "conexa" ou "desconexa" no painel, de acordo com o c escolhido.

Coloração suave

Um escape com n iterações e |z| = r produz uma cor que varia continuamente com n + 1 − log₂(log r). Essa fórmula evita faixas duras entre as iterações inteiras, e as cores ficam suaves.

Aplicações

Curiosidades

Desafios

  1. Encontre um c dentro do conjunto de Mandelbrot cuja Julia tenha a forma de um coelho. Confirme que o c está dentro do conjunto.

    Dica

    Use o caso notável Coelho (−0,123 + 0,745i) e leia a linha "pertence ao conjunto" no painel.

  2. Por que a Julia de 0,285 + 0,01i é uma poeira de pontos, enquanto a de −0,123 + 0,745i é um único pedaço conexo?

    Dica

    Uma Julia é conexa quando c está dentro de Mandelbrot. Compare as linhas 'Julia para este c' nos dois casos.

  3. Dê zoom na fronteira de Mandelbrot até cerca de ×100 e observe as miniaturas que aparecem. Quantas iterações são necessárias para os detalhes ficarem nítidos?

    Dica

    Aumente o número de iterações. Pontos perto da fronteira precisam de mais iterações para mostrar se escapam ou não.

  4. Verifique se o ponto c = i pertence a Mandelbrot. Calcule z ← z² + i a partir de 0 algumas vezes: o módulo de z passa de 2?

    Dica

    Escreva os primeiros valores de z: 0, i, −1 + i, −i, …. Eles se repetem?

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Próximos passos

Nenhuma aula usa esta como pré-requisito ainda.

Conceitos

Cada conceito leva à lista de aulas que o usam, por disciplina.