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Circle Inversion

Une application quadratique réciproque qui échange proche et lointain à chaque étape : les petites valeurs filent vers l'extérieur, les grandes reviennent vers l'origine.

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Fractale Circle Inversion avec des anneaux concentriques et des épines radiales brillantes autour d'un pôle central
Le plan des paramètres de Circle Inversion : anneaux imbriqués, épines axiales et le pôle à l'origine.

Vue d'ensemble

Circle Inversion échange la croissance quadratique familière contre une étape quadratique réciproque : prends 1/z², puis décale-le de c. Cela ressemble à un petit échange. Le comportement, lui, ne l'est pas.

Dans une itération polynomiale ordinaire, dès qu'une orbite dépasse une certaine taille, elle continue de s'éloigner de l'origine. Ici, cette logique est retournée comme un gant : ce qui est proche de zéro devient énorme, et une valeur énorme revient près de zéro. Ensuite, c décide où atterrit cette valeur échangée.

L'image est radiale, avec des anneaux imbriqués et de nettes traces axiales. L'origine est un pôle d'ordre 2 — un point où l'application n'est pas définie — et son attraction s'étend à travers le plan des paramètres.

Les mathématiques

Reciprocal quadratic iteration

z(n+1) = 1 / z(n)^2 + c

At each step, the map takes the reciprocal of z²—geometric inversion through the unit circle with a doubled angle—then shifts the result by the complex parameter c. That inversion gives the formula its name; it is classical circle inversion applied to z² rather than to z.

Try c = 0 and start at z₀ = 2. Then z₁ = 1/4 = 0.25, z₂ = 1/(0.0625) = 16, z₃ = 1/256 ≈ 0.0039. The orbit ricochets between large and small values rather than settling at a fixed point. For c = 0.5, start at z₀ = 1: z₁ = 1/1 + 0.5 = 1.5, z₂ = 1/2.25 + 0.5 ≈ 0.944, z₃ = 1/0.892 + 0.5 ≈ 1.62. This orbit oscillates without diverging, suggesting c = 0.5 belongs to the bounded set. Escape needs a different test from the quadratic case: a huge value may collapse on the next step, so the bailout must allow for this alternation.

Histoire

The map z → 1/z² + c sits near the broader rational family known as McMullen maps, z → zⁿ + λ/zⁿ. Curt McMullen introduced that family in the late 1980s, showing rational maps whose parameter spaces contain several kinds of hyperbolic components, including ones with Sierpiński-carpet Julia sets.

With n = 2, λ = 1, and a translation parameter c, this gives the Circle Inversion map. Its name comes from 1/z², which inverts the complex plane with respect to the unit circle and doubles the angle. Robert L. Devaney and others later studied the McMullen family, tracing how escape loci and Julia sets change with parameters. FractalPark renders exactly this map — the n = 2, λ = 1 case with c as the translation parameter.

Caractéristiques visuelles

Concentric bands and radial spines run outward from the pole at the origin. The bands mark regions whose orbits stay bounded or escape at different rates, making nested rings like a target or the ripples from a dropped pebble.

Sharp axial structures form distinct spokes. They come from the inversion’s angular part: 1/z² doubles z’s angle, creating preferred directions where the dynamics line up. The reciprocal quadratic form gives this parameter plane a more rigid radial symmetry than most.

Remix et exemples

Pars du Document canonique

Ouvre le même état de formule approuvé utilisé par ce guide, puis modifie la vue, la colorisation, les transformations ou l'animation dans l'Explorateur interactif.

Questions fréquentes

Why is the origin special?

The origin is a pole of order 2: 1/z² is undefined at z = 0 because division by zero creates a singularity. An orbit landing exactly there cannot continue; one passing nearby gets a very large next value. That is why the rendered image grows rings and spines around the origin.

How does FractalPark handle values near zero?

The renderer clips the denominator at a small epsilon value to prevent division by zero. The pole still leaves its rings and spines visible, while the calculation stays numerically stable. Its effect remains part of the rendered structure.

Références