自宅で参加できる読書会
NO. 00446549 DATE 2024 05 05

Web読書会サイト「RETHAC」とは

Web上で読書会を行うサイトです。
時間も場所も選ばずにいつでもどこからでも
読書感想や意見を交換することができます。

「初めての方へ」より

登録して今すぐ参加する(無料)

本の検索

これまで紹介された気になるフレーズ

最新情報

新着記事順

新着書籍順

投稿数順

キーワードを設定して記事を絞り込む

[1]  << 前へ  21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |  次へ >>  [48]

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス(9784621085806)

P.201の問題番号「6.3.4」 に対する解答へのコメント

$ \dot{x} = y+x-x^3, \ \ \dot{y} = -y$
この系の固定点は$(0,0), \ \ (\pm 1,0)$。
固定点$(0,0)$の近傍では、$x=u, \ \ y = v$とおくと、
\[ \begin{pmatrix} \dot{u} \\ \dot{v} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} u \\ v \end{pmatrix} \]となり、$\tau = 0, \ \ \Delta = -1$となるので、サドル点である。
また、このときの固有値と固有ベクトルは
\[ \lambda = 1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix} \\
\lambda = -1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ -2 \end{pmatrix} \]となる。
一方、固定点$(\pm 1,0)$の近傍では、$x=\pm 1 + u, \ \ y = v$とおくと、
\[ \begin{pmatrix} \dot{u} \\ \dot{v} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -2 & 1 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} u \\ v \end{pmatrix} \]となり、$\tau = -3, \ \ \Delta = 2, \ \ \tau^2 - 4 \Delta = 1$となるので、安定ノードである。
このときの固有値と固有ベクトルは
\[ \lambda = -1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \end{pmatrix} \\
\lambda = -2 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix} \]となる。

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-20 08:38:28

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス(9784621085806)

P.201の問題番号「6.3.4」 に対する解答

$ \dot{x} = y+x-x^3, \ \ \dot{y} = -y$
この系の固定点は$(0,0), \ \ (\pm 1,0)$。
固定点$(0,0)$の近傍では、$x=u, \ \ y = v$とおくと、
\[ \begin{pmatrix} \dot{u} \\ \dot{v} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} u \\ v \end{pmatrix} \]となり、$\tau = 0, \ \ \Delta = -1$となるので、サドル点である。
また、このときの固有値と固有ベクトルは
\[ \lambda = 1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix} \\
\lambda = -1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ -2 \end{pmatrix} \]となる。
一方、固定点$(\pm 1,0)$の近傍では、$x=\pm 1 + u, \ \ y = v$とおくと、
\[ \begin{pmatrix} \dot{u} \\ \dot{v} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -2 & 1 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} u \\ v \end{pmatrix} \]となり、$\tau = -3, \ \ \Delta = 2, \ \ \tau^2 - 4 \Delta = 1$となるので、安定ノードである。
このときの固有値と固有ベクトルは
\[ \lambda = -1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \end{pmatrix} \\
\lambda = -2 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix} \]となる。

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-20 08:29:24

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

P.201の問題番号「6.3.3」 に対する解答

$ \dot{x} = 1+y-e^{-x}, \ \ \dot{y} = x^3-y$
この系の固定点は$(0,0)$。
固定点$(0,0)$の近傍では、$x=u, \ \ y = v$とおくと、
\[ \begin{pmatrix} \dot{u} \\ \dot{v} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} u \\ v \end{pmatrix} \]となり、$\tau = 0, \ \ \Delta = -1$となるので、サドル点である。
また、このときの固有値と固有ベクトルは
\[ \lambda = 1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix} \\
\lambda = -1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ -2 \end{pmatrix} \]となる。

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-19 08:32:35

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

P.201の問題番号「6.3.2」 に対する解答

$ \dot{x} = \sin y, \ \ \dot{y} = x - x^3$
この系の固定点は$(0,n \pi), \ \ (-1, n \pi), \ \ (-1, n \pi)$となる。ここで、$n$は整数。
固定点$(0,n \pi)$の近傍では、$x=u, \ \ y = n \pi+v$とおくと、
\[ \begin{pmatrix} \dot{u} \\ \dot{v} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & (-1)^n \\ 1 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} u \\ v \end{pmatrix} \]となり、$\tau = 0, \ \ \Delta = (-1)^{n+1}$となる。したがって、
$n$が偶数のときサドル点、$n$が奇数のときセンターとなる。
また、$n$が偶数のとき、固有値と固有ベクトルは
\[ \lambda = 1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \end{pmatrix} \\
\lambda = -1 \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ -1 \end{pmatrix} \]となる。
一方、固定点$(\pm 1,n \pi)$の近傍では、$x=\pm 1+u, \ \ y = n \pi+v$とおくと、
\[ \begin{pmatrix} \dot{u} \\ \dot{v} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & (-1)^n \\ -2 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} u \\ v \end{pmatrix} \]となり、$\tau = 0, \ \ \Delta = 2(-1)^n$となる。したがって、
$n$が偶数のときセンター、$n$が奇数のときサドル点となる。
また、$n$が奇数のとき、固有値と固有ベクトルは
\[ \lambda = \sqrt{2} \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ -\sqrt{2} \end{pmatrix} \\
\lambda = \sqrt{2} \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 1 \\ \sqrt{2} \end{pmatrix} \]となる。

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-18 05:22:56

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

P.201の問題番号「6.3.1」 に対する解答

$ \dot{x} = x-y, \ \ \dot{y} = x^2 - 4$
この系の固定点は$(2,2), \ \ (-2,-2)$となる。
固定点$(2,2)$の近傍では、$x=2+u, \ \ y = 2+v$とおくと、
\[ \begin{pmatrix} \dot{u} \\ \dot{v} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & -1 \\ 4 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} u \\ v \end{pmatrix} \]となり、$\tau = 1, \ \ \Delta = 4, \ \ \tau^2-4\Delta = -15$となるので、不安定スパイラルとなる。
一方、固定点$(-2,-2)$の近傍では、$x=-2+u, \ \ y = -2+v$とおくと、
\[ \begin{pmatrix} \dot{u} \\ \dot{v} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & -1 \\ -4 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} u \\ v \end{pmatrix} \]となり、$\tau = 1, \ \ \Delta = -4$となるので、サドル点となる。
また、このときの固有値と固有ベクトルは
\[ \lambda = \frac{1+\sqrt{17}}{2} \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 2 \\ 1-\sqrt{17} \end{pmatrix} \\
\lambda = \frac{1-\sqrt{17}}{2} \ \ \to \ \ \begin{pmatrix} 2 \\ 1+\sqrt{17} \end{pmatrix} \]となる。

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-17 06:24:57

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

P.201の問題番号「6.2.2」 に対する解答

$\dot{x} = y, \ \ \dot{y} = -x + (1-x^2-y^2)y$
(a) 各右辺が領域$D$で連続であることは明らか。
次に各右辺の偏微分を求めると、
\[ \frac{\partial}{\partial x} y = 0, \ \ \frac{\partial}{\partial y} y = 1, \\
\frac{\partial}{\partial x} [-x + (1-x^2-y^2)y ] = -1 -2xy, \\
\frac{\partial}{\partial y} [-x + (1-x^2-y^2)y ] = 1-x^2 - 3y^2 \]となり、領域$D$で連続となるので、
この系は$D$の全領域で存在と一意性定理の仮定を満たす。

(b) $x(t) = \sin t, \ \ y(t) = \cos t$とおくと、
$\dot{x}(t) = \cos t$となるので、$\dot{x} = y$を満たす。
また、
$\dot{y} = -\sin t$,
$ -x + (1-x^2-y^2)y = - \sin t + (1 - \sin^2 t - \cos^2 t ) \cos t = - \sin t$
となるので、$\dot{y} = -x + (1-x^2-y^2)y$を満たす。
したがって、$x(t) = \sin t, \ \ y(t) = \cos t$はこの系の厳密解である。

(c) $x(0) = 1/2, y(0) = 0$から出発する解
(b)から$x^2(t)+y^2(t)=1$は解である。存在と一意性の定理より解の軌道は$x^2(t)+y^2(t)=1$に交わることはないので、
$x^2(t)+y^2(t)=1$の内部から始まる軌道は$x^2(t)+y^2(t)<1$に留まる。

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-16 07:55:12

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

P.201の問題番号「6.2.1」 に対する解答

固定点では流れはないので、異なる軌道が交差しているわけではない。

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-15 05:36:17

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

P.201の問題番号「6.1.14」 に対する解答

(a) $\dot{x} = x + e^{-y}, \dot{y} = -y$
$(x,y)$が$(-1,0)$に近いと仮定して
$u=x+1, \ \ y=a_1u + a_2 u + \mathcal{O}(u^3)$とおくと、
\[ \frac{dy}{du} = a_1 + 2a_2 u + \mathcal{O}(u^2) \]となる。
一方、
\[ \frac{dy}{du} = \frac{\dot{y}}{\dot{u}} = \frac{-y}{u-1+e^{-y}} = - \frac{a_1}{1-a_1} - \frac{a_1}{1-a_1} \left( \frac{a_2}{a_1} + \frac{a_2-a_1^2/2}{1-a_1} \right) u + \mathcal{O}(u^2) \]となる。したがって、
\[ a_1 = - \frac{a_1}{1-a_1}, \ \ 2a_2 = - \frac{a_1}{1-a_1} \left( \frac{a_2}{a_1} + \frac{a_2-a_1^2/2}{1-a_1} \right) \]より、
\[ a_1 = 2, \ \ a_2 = \frac{4}{3} \]が得られる。

(b) 解析的な結果との比較

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-14 05:12:31

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

P.201の問題番号「6.1.13」 に対する解答

ちょうど3つの閉軌道と1つの固定点をもつ相図
例えば、$\dot{x} = -y + x(1-x^2-y^2)(4-x^2-y^2)(9-x^2-y^2), \ \ \dot{y} = x$

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-12 05:37:02

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

P.201の問題番号「6.1.12」 に対する解答へのコメント

(a)2つのサドルを結ぶ1本の軌道がある場合
例えば、$\dot{x} = 1 - x^2, \ \ \dot{y} = xy $

ストロガッツ非線形ダイナミクスとカオス : 数学的基礎から物理・生物・化学・工学への応用まで(9784621085806)

投稿者:goodbook 投稿日:2020-09-11 04:58:00

[1]  << 前へ  21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |  次へ >>  [48]