购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

第4节
赛博链轨迹的分叉

所谓赛博链轨迹的分叉,就是赛博链族的轨迹随着参数的变化,而出现的分支情况。分叉点经常出现在周期点处。为了方便,本节主要考虑光滑地依赖于参数的实值函数的单参数族,更准确地说,主要考虑形如 J x a )的两个变量的函数。其中,对固定的 a J x a )是变量 x 的光滑函数,即任意阶导数都存在的函数。我们也假定 J x a )也光滑地依赖于 a 。针对这些函数族,研究分叉的目的在于:了解函数族的周期点结构将如何变化,何时变化等。

结论3.12 (可参考《混沌动力学》 [8] 的定理12.5):设 J x a )是单参数函数族,假定

则存在包含 x 0 的某个区间 I 和包含 a 0 的某个区间 N 以及光滑函数 f N I ,使得

f a 0 )= x 0 J [ f a ), a ]= f a

再者, J (·, a )在 I 中没有其他的不动点。这里 是指 J x a 0 )在 x 0 点对 x 的偏导数。换句话说,如果仔细观察 J (·, a )的轨迹图像,由于 J (·, a 0 )在( x 0 a 0 )点处与直线 y = x 相交出某一个角度(这是因为 ,否则就与直线 y = x 重复,没有交叉角度了),所以在轨迹图像附近 J (·, a )必有相同的性质。因此,对充分靠近 a 0 a ,在 x 0 附近存在一个且只有一个不动点。更形象地说,将所有曲线 J x a )都画出来后,在( x 0 a 0 )点处将出现一个分叉点;即在赛博链族 J x a )中,将有许多条赛博链进入此点(导致可被管理),也会有许多条赛博链从不同的方向离开此点(导致可被 J -1 (·)管理)。

其实,上述结论3.12的一种特殊情况,即所谓的“鞍结分叉”,还可以更简捷地描述为下面的结论3.13。

结论3.13 (可参考《混沌动力学》 [8] 的定理12.6):若同时满足

则存在0点的区间 I 及光滑函数 f I R ,使得

J ( x , f ( x ))= x

进而

f ′(0)=0, f ′′(0)≠0

这里, 的正负符号,确定了分叉的方向,比如,若它们符号相反,则分叉方向就相背;否则,分叉方向就相同。

还有一种分叉,称为倍周期分叉,它可描述为结论3.14。

结论3.14 (可参考《混沌动力学》 [8] 的定理12.7):若同时满足下面四个条件:(1)对 a 0 的某一区间内的一切 a ,都成立 J (0, a )=0;(2) ;(3) ;(4) g ′(0)≠0,此处 ,其中 。那么,存在0的区间 I 和函数 p I R ,使得

J ( x , p ( x ))≠ x

但是

J 2 ( x , p ( x ))= x

此类分叉的走向依赖于 J (0, a 0 )和 的正负符号:如果符号相反,则相向分叉。

接下来再讨论一种特殊的分叉,称为同宿分叉。

定义3.4 (不稳定集):设 p 是赛博系统 J (·)的一个排斥不动点,为了便捷,总假设

J ′( p )>1

(否则,就用 J 2 (·)代替 J (·)就行了),同时该假设对排斥周期点也适用。既然 p 是一个排斥不动点,所以存在含 p 的一个开区间 U ,在该区间内, J (·)是一对一的,且满足扩张性质:

| J ( x )- p |>| x - p |

定义 p 点的局部不稳定集为包含上述 U 的最大开区间(为了便捷,仍假定它为 U ),记为 W U p )。比如,当 a >4时,0点是二次映射

J ( x , a )= ax (1- x )

的一个排斥不动点,并且它的局部不稳定集为

W U (0)=(-∞,0.5)

定义3.5 (同宿点、同宿轨迹和异宿的定义):设

J ( p )= p , J ′( p )>1

q 称为同宿于 p 的,若 q W U p ),且存在 n >0使得

J n ( q )= p

即点 p 被点 q J n q )所管理,或者反过来, q 能被 p J -1 (·)所管理;相应的赛博链轨迹,就称为同宿轨迹。点 q 称为异宿的,若 q W U p ),且存在 n >0使得 J n q )位于一个不同的周期轨迹。一个同宿轨迹称为非退化的,若对轨迹上的任意点 x ,都有

J ′( x )≠0

否则,就称该轨迹是退化的。

比如,当 a >4时,二次映射

J ( x , a )= ax (1- x )

的两个不动点0与 都有无穷多个同宿点和异宿点。

结论3.15 (可参考《混沌动力学》 [8] 的定理16.5):设 q 位于不动点 p 的非退化轨迹上,则对 p 的每一个邻域 U ,都存在整数 n ≥0,使得 J n (·)在 U 上有一个双曲不变集;在此不变集上, J n 拓扑共轭于移位自同构。此处的移位是这样的映射 σ ,它将二元序列 s 0 s 1 s 2 …映射为 s 1 s 2 s 3 …,即

σ ( s 0 s 1 s 2 …)= s 1 s 2 s 3

换句话说,它只是简单地扔掉序列中的第1项,把其他各项向左移一位而已。这里 s i =0或1。

结论3.16 (可参考《混沌动力学》 [8] 的推论16.6):设 J (·)有一个非退化同宿点 p ,则在 p 的每个邻域内,都有无限多个互异的周期点。当然,这些周期点的轨迹不在邻域内,周期点的轨迹跑得很远,粗看起来像同宿轨迹。于是,非退化同宿点将导致赛博链出现混沌状态。 3T8HZbRlnT7/tAq8HZk2u45vlTRkwfKEXPifhxpK7ZrN0YzZI3DZwzvqfVBbrMo2

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×