Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen

Tämän tutkielman tarkoitus on auttaa lukijaa ymmärtämään matematiikkaa dynaamisten systeemien ja kaaoksen takana. Kirjoitelman toivotaan herättävän lukijassa kiinnostusta matemaattisia ilmiöitä kohtaan, sekä kannustavan empiiriseen matematiikan tutkimiseen. Tutkielmassa esitellään diskreettien dynaa...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Kangas, Aleksi
Other Authors: Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Faculty of Sciences, Matematiikan ja tilastotieteen laitos, Department of Mathematics and Statistics, Jyväskylän yliopisto, University of Jyväskylä
Format: Master's thesis
Language:fin
Published: 2022
Subjects:
Online Access: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/80317
_version_ 1826225748249149440
author Kangas, Aleksi
author2 Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_facet Kangas, Aleksi Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä Kangas, Aleksi Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_sort Kangas, Aleksi
datasource_str_mv jyx
description Tämän tutkielman tarkoitus on auttaa lukijaa ymmärtämään matematiikkaa dynaamisten systeemien ja kaaoksen takana. Kirjoitelman toivotaan herättävän lukijassa kiinnostusta matemaattisia ilmiöitä kohtaan, sekä kannustavan empiiriseen matematiikan tutkimiseen. Tutkielmassa esitellään diskreettien dynaamisten systeemien toimintaperiaate, tutustutaan kaaokseen, sekä näiden sovelluksena esitellään Mandelbrotin joukko ja sen ominaisuuksia. Tutkielmassa käsitteitä esitellään pääosin sanallisesti selittäen menemättä liian syvällisiin matemaattisiin määritelmiin. Lukijan oletetaan hallitsevan lukion pitkän matematiikan oppimäärää vastaavat taidot. Tekstin ymmärtämisen kannalta lukijan oletetaan hallitsevan algebran ja analyyttisen geometrian lisäksi funktioiden ja yhtälöiden, raja-arvon ja derivaatan, lukujonojen, numeeristen menetelmien, sekä matemaattisen väitelauseen todistamisen perustaidot. Dynaamisella systeemillä tarkoitetaan järjestelmää, joka riippuu ajasta. Järjestelmä voi olla hyvin yksinkertainen, kuten bakteerin leviäminen, tai todella monimutkainen, kuten pörssiosakkeen hinta. Ensimmäisessä luvussa tutustutaan miten systeemi käyttäytyy, kun sen taustalla on jokin yksinkertaisen funktio. Luvun lopussa perehdytään, miten dynaamista systeemiä voidaan hyödyntää populaation mallintamisessa ja samalla johdetaan populaation mallinnuksessa käytetyn logistisen funktion lauseke, jolla ilmenee olevan mielenkiintoisia ominaisuuksia. Matematiikassa kaaoksella tarkoitetaan ilmiötä, jossa tarkasti määritelty systeemi alkaa käyttäytyä pitkällä aikavälillä täysin arvaamattomasti. Arkikielessä kaaoksella tarkoitetaan usein sekasortoa ja totaalista järjestyksen puuttumista. Niin ristiriitaiselta kuin se kuulostaakin, matematiikassa kaaoksella tarkoitetaan täysin päinvastaista, täydellisesti määriteltyä systeemiä niiden arvmaattomasta käyttäytymisestä huolimatta. Toisessa luvussa perehdytään logistisen funktion avulla ratajoukon kaoottiseen käyttäytymiseen. Luvussa määritellään kaoottisuus ja tarkastellaan hieman tarkemmin mikä tekee systeemistä kaoottisen. Luvun lopussa tutkitaan myös, miten satunnaisuus eroaa kaoottisuudesta. Viimeisessä luvussa keskitytään matemaattisemmasta näkökulmasta iteroinnin avulla aikaan saatavaan Mandelbrotin joukkoon. Tätä varten luvussa esitellään kompleksiluvut, sekä muutamia muita kaksiuloitteisen avaruuden relevantteja käsitteitä. Mandelbrotin joukon ominaisuuksien esittämisen ja todistamisen yhteydessä lukijaa haastetaan hieman syvällisempään matemaattiseen ajatteluun. Lisäksi tarkastellaan, miten tietokoneen avulla voidaan luoda hämmästyttävän upeita kuvia Mandelbrotin joukosta ja miten kaaos liittyy Mandelbrotin joukkoon.
first_indexed 2024-09-11T08:53:11Z
format Pro gradu
free_online_boolean 1
fullrecord [{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Juutinen, Petri", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Kangas, Aleksi", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2022-03-23T12:56:08Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2022-03-23T12:56:08Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2022", "language": "", "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/80317", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "T\u00e4m\u00e4n tutkielman tarkoitus on auttaa lukijaa ymm\u00e4rt\u00e4m\u00e4\u00e4n matematiikkaa dynaamisten systeemien ja kaaoksen takana. Kirjoitelman toivotaan her\u00e4tt\u00e4v\u00e4n lukijassa kiinnostusta matemaattisia ilmi\u00f6it\u00e4 kohtaan, sek\u00e4 kannustavan empiiriseen matematiikan tutkimiseen. Tutkielmassa esitell\u00e4\u00e4n diskreettien dynaamisten systeemien toimintaperiaate, tutustutaan kaaokseen, sek\u00e4 n\u00e4iden sovelluksena esitell\u00e4\u00e4n Mandelbrotin joukko ja sen ominaisuuksia. Tutkielmassa k\u00e4sitteit\u00e4 esitell\u00e4\u00e4n p\u00e4\u00e4osin sanallisesti selitt\u00e4en menem\u00e4tt\u00e4 liian syv\u00e4llisiin matemaattisiin m\u00e4\u00e4ritelmiin. Lukijan oletetaan hallitsevan lukion pitk\u00e4n matematiikan oppim\u00e4\u00e4r\u00e4\u00e4 vastaavat taidot. Tekstin ymm\u00e4rt\u00e4misen kannalta lukijan oletetaan hallitsevan algebran ja analyyttisen geometrian lis\u00e4ksi funktioiden ja yht\u00e4l\u00f6iden, raja-arvon ja derivaatan, lukujonojen, numeeristen menetelmien, sek\u00e4 matemaattisen v\u00e4itelauseen todistamisen perustaidot.\n\nDynaamisella systeemill\u00e4 tarkoitetaan j\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4, joka riippuu ajasta. J\u00e4rjestelm\u00e4 voi olla hyvin yksinkertainen, kuten bakteerin levi\u00e4minen, tai todella monimutkainen, kuten p\u00f6rssiosakkeen hinta. Ensimm\u00e4isess\u00e4 luvussa tutustutaan miten systeemi k\u00e4ytt\u00e4ytyy, kun sen taustalla on jokin yksinkertaisen funktio. Luvun lopussa perehdyt\u00e4\u00e4n, miten dynaamista systeemi\u00e4 voidaan hy\u00f6dynt\u00e4\u00e4 populaation mallintamisessa ja samalla johdetaan populaation mallinnuksessa k\u00e4ytetyn logistisen funktion lauseke, jolla ilmenee olevan mielenkiintoisia ominaisuuksia.\n\nMatematiikassa kaaoksella tarkoitetaan ilmi\u00f6t\u00e4, jossa tarkasti m\u00e4\u00e4ritelty systeemi alkaa k\u00e4ytt\u00e4yty\u00e4 pitk\u00e4ll\u00e4 aikav\u00e4lill\u00e4 t\u00e4ysin arvaamattomasti. Arkikieless\u00e4 kaaoksella tarkoitetaan usein sekasortoa ja totaalista j\u00e4rjestyksen puuttumista. Niin ristiriitaiselta kuin se kuulostaakin, matematiikassa kaaoksella tarkoitetaan t\u00e4ysin p\u00e4invastaista, t\u00e4ydellisesti m\u00e4\u00e4ritelty\u00e4 systeemi\u00e4 niiden arvmaattomasta k\u00e4ytt\u00e4ytymisest\u00e4 huolimatta. Toisessa luvussa perehdyt\u00e4\u00e4n logistisen funktion avulla ratajoukon kaoottiseen k\u00e4ytt\u00e4ytymiseen. Luvussa m\u00e4\u00e4ritell\u00e4\u00e4n kaoottisuus ja tarkastellaan hieman tarkemmin mik\u00e4 tekee systeemist\u00e4 kaoottisen. Luvun lopussa tutkitaan my\u00f6s, miten satunnaisuus eroaa kaoottisuudesta.\n\nViimeisess\u00e4 luvussa keskityt\u00e4\u00e4n matemaattisemmasta n\u00e4k\u00f6kulmasta iteroinnin avulla aikaan saatavaan Mandelbrotin joukkoon. T\u00e4t\u00e4 varten luvussa esitell\u00e4\u00e4n kompleksiluvut, sek\u00e4 muutamia muita kaksiuloitteisen avaruuden relevantteja k\u00e4sitteit\u00e4. Mandelbrotin joukon ominaisuuksien esitt\u00e4misen ja todistamisen yhteydess\u00e4 lukijaa haastetaan hieman syv\u00e4llisemp\u00e4\u00e4n matemaattiseen ajatteluun. Lis\u00e4ksi tarkastellaan, miten tietokoneen avulla voidaan luoda h\u00e4mm\u00e4stytt\u00e4v\u00e4n upeita kuvia Mandelbrotin joukosta ja miten kaaos liittyy Mandelbrotin joukkoon.", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by Miia Hakanen (mihakane@jyu.fi) on 2022-03-23T12:56:07Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2022-03-23T12:56:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0\n Previous issue date: 2022", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "68", "language": "", "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.mimetype", "value": "application/pdf", "language": null, "element": "format", "qualifier": "mimetype", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "fin", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "In Copyright", "language": "en", "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "diskreetti dynaaminen systeemi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "logistinen funktio", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "Mandelbrotin joukko", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen", "language": "", "element": "title", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-202203232017", "language": "", "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Pro gradu -tutkielma", "language": "fi", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Master\u2019s thesis", "language": "en", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Faculty of Sciences", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Matematiikan ja tilastotieteen laitos", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Department of Mathematics and Statistics", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Matematiikan opettajankoulutus", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Teacher education programme in Mathematics", "language": "en", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "yvv.contractresearch.funding", "value": "0", "language": "", "element": "contractresearch", "qualifier": "funding", "schema": "yvv"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "qualifier": "coar", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "accesslevel", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": "publication", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.oppiainekoodi", "value": "4041", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "oppiainekoodi", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "kaaos", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "iterointi", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "matematiikka", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.content", "value": "fulltext", "language": null, "element": "format", "qualifier": "content", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.okm", "value": "G2", "language": null, "element": "type", "qualifier": "okm", "schema": "dc"}]
id jyx.123456789_80317
language fin
last_indexed 2025-02-18T10:56:56Z
main_date 2022-01-01T00:00:00Z
main_date_str 2022
online_boolean 1
online_urls_str_mv {"url":"https:\/\/jyx.jyu.fi\/bitstreams\/356f03e1-8517-463f-9220-98799b386263\/download","text":"URN:NBN:fi:jyu-202203232017.pdf","source":"jyx","mediaType":"application\/pdf"}
publishDate 2022
record_format qdc
source_str_mv jyx
spellingShingle Kangas, Aleksi Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen diskreetti dynaaminen systeemi logistinen funktio Mandelbrotin joukko Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics 4041 kaaos iterointi matematiikka
title Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen
title_full Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen
title_fullStr Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen
title_full_unstemmed Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen
title_short Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen
title_sort johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen
title_txtP Johdatus diskreetteihin dynaamisiin systeemeihin ja kaaokseen
topic diskreetti dynaaminen systeemi logistinen funktio Mandelbrotin joukko Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics 4041 kaaos iterointi matematiikka
topic_facet 4041 Mandelbrotin joukko Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics diskreetti dynaaminen systeemi iterointi kaaos logistinen funktio matematiikka
url https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/80317 http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-202203232017
work_keys_str_mv AT kangasaleksi johdatusdiskreetteihindynaamisiinsysteemeihinjakaaokseen