Фазовая линия (математика) - Phase line (mathematics)

Сюжет ${\displaystyle f'(y)}$ (слева) и его фазовая линия (справа). В этом случае, а и c обе раковины и б является источником.

В математика, а фазовая линия диаграмма, которая показывает качественное поведение автономный обыкновенное дифференциальное уравнение в одной переменной, ${\displaystyle {\tfrac {dy}{dx}}=f(y)}$. Фазовая линия представляет собой одномерную форму общей ${\displaystyle n}$-размерный фазовое пространство, и их легко проанализировать.

Диаграмма

Линия, обычно вертикальная, представляет интервал области определения производная. В критические точки (т.е. корни производной, точки ${\displaystyle y}$ такой, что ${\displaystyle f'(y)=0}$) обозначены, а интервалы между критическими точками имеют знаки, обозначенные стрелками: интервал, на котором производная положительна, имеет стрелку, указывающую в положительном направлении вдоль линии (вверх или вправо), а интервал, на котором производная отрицательное значение имеет стрелку, указывающую в отрицательном направлении вдоль линии (вниз или влево). Фазовая линия идентична по форме линии, используемой в первая производная проверка, за исключением того, что они нарисованы вертикально, а не горизонтально, и интерпретация практически идентична с той же классификацией критических точек.

Примеры

Простейшими примерами фазовой линии являются тривиальные фазовые линии, соответствующие функциям ${\displaystyle f(y)}$ которые не меняют знак: если ${\displaystyle f(y)=0}$, каждая точка является устойчивым равновесием (${\displaystyle y}$ не меняется); если ${\displaystyle f(y)>0}$ для всех ${\displaystyle y}$, тогда ${\displaystyle y}$ всегда увеличивается, и если ${\displaystyle f(y)<0}$ тогда ${\displaystyle y}$ всегда уменьшается.

Простейшими нетривиальными примерами являются модель экспоненциального роста / распад (одно неустойчивое / устойчивое равновесие) и модель логистического роста (два состояния равновесия, одно стабильное, одно неустойчивое).

Классификация критических точек

Критическую точку можно классифицировать как стабильную, нестабильную или полустабильную (то есть сток, источник или узел) по стрелкам-соседям.

Если обе стрелки указывают на критическую точку, она устойчива (сток): ближайшие решения будут сходиться асимптотически до критической точки, и решение устойчиво к небольшим возмущениям, что означает, что если решение нарушено, оно вернется к решению (сходится к нему).

Если обе стрелки указывают в сторону от критической точки, она нестабильна (источник): ближайшие решения будут расходиться от критической точки, и решение неустойчиво при малых возмущениях, а это означает, что если решение нарушено, оно будет нет вернуться к решению.

В противном случае - если одна стрелка указывает на критическую точку, а другая - в противоположную - она ​​полустабильна (узел): она стабильна в одном направлении (где стрелка указывает на точку) и нестабильна в другом направлении (где стрелка указывает в сторону от точки).

Смотрите также

• Тест первой производной, аналог элементарного дифференциального исчисления
• Фазовая плоскость, 2-мерная форма
• Фазовое пространство, ${\displaystyle n}$-размерная форма

Рекомендации

• Равновесия и фазовая линия, Мохамед Амин Хамси, S.O.S. Математика, последнее обновление 1998-6-22
• «Фазовая линия и график векторного поля». math.bu.edu. Получено 2015-04-23.