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CatastropheTheory(突变论)(2)

时间:2010-01-29  归属:理论地理学

  

  达。

  在图11-19中,(a)表明了一个变量与一个参数之间的一一对应关系;而在(b)中则表示了多重对应关系,此时,所形成的关系成为折叠状的,在u1=u1′和u1=u1″之间,相应于任何一个u1值,将有可能得到3个x1的值,而突变论的基本兴趣恰好处于这种情形之中。

图11-19 二维空间内的E(x,u)

  

  变,然而在E(x,u)这个响应面呈现折叠的状况下,当接近某种临界值区域时,随着u的平稳改变,就有可能发生一种离散的跳跃,于是实现了连续过程内的突变行为。托姆关于7种基本的突变模型中的每一个,都由一些外部变量和函数E的形式加以区分。

表11-17种基本的突变模型

  

  习惯上,可以采用多项式函数进行数学上的解析,这些我们还将在下面的阐述中加以体现。它们的共同特征是:突变的形式,严格地取决于控制变量的数目和状态变量的数目。

  为了帮助读者明了突变论的基本思想,首先可以对折叠型的突变函数进行比较详细的讨论,因为它在托姆的研究成果中,居于第一位并且是最简单的一类,它仅仅只带有一个控制变量和一个状态变量。其势函数E(x,u)为:

  当系统中的E处于最大值或最小值时,应服从于:

  这样,解出的

  在这些点上,

  由于当x1为正值时函数亦为正,则前式中的正根为E的极小值;与此相反,前式中的负根为E的极大值。当然,只有当u1≤0时式子才成立。

  将上述的推导表示在图11-20上。

图11-20,折叠型突变的表达

  

  半(用实线表示)表示最小值,因而是稳定的点;而下部的一半(用虚线表示)表示最大值,因而是不稳定的点。

  倘若u1从某个负值平滑地改变,则x1将不断的衰减。随着u1→0,x1将以更大的增长速率衰减。随着u1通过0并取一个正值时,状态变量x消失。在实际情形中,此时将意味着状态的一种跳跃或飞升。

  至于托姆的第二种突变模型,我们称之为尖点型突变,它表述了求解如下方程的最小值:

  显然它针对一个状态变量x1和两个控制变量u1及u2。E函数的稳定值被解析为:

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