Как и раньше, приблизим итерации отображения
w->w+a w^n+...
траекториями движения вдоль векторного поля
w'=a w^n
(выкинув из векторного поля все старшие члены).
w->w+a w^n+...
траекториями движения вдоль векторного поля
w'=a w^n
(выкинув из векторного поля все старшие члены).
Математические байки
Photo
И если мы возьмём u=w^{-(n-1)}, то
u'=- (n-1) w'/w^n = -a (n-1).
То есть в u-координате у нас опять движение с постоянной скоростью из бесконечности в бесконечность, но когда мы вернёмся в координату w, нам придётся перейти к обратной величине 1/u (от чего образуются окружности, которые мы уже видели) и извлечь корень (n-1)-й степени (от чего вся картинка сожмётся по углу в (n-1) раз и (n-1) раз повторится).
u'=- (n-1) w'/w^n = -a (n-1).
То есть в u-координате у нас опять движение с постоянной скоростью из бесконечности в бесконечность, но когда мы вернёмся в координату w, нам придётся перейти к обратной величине 1/u (от чего образуются окружности, которые мы уже видели) и извлечь корень (n-1)-й степени (от чего вся картинка сожмётся по углу в (n-1) раз и (n-1) раз повторится).
И мы увидим то, что называется цветок Ло-Фату; я приведу картинку из "Голоморфной динамики" Милнора, которую я тут уже упоминал:
Математические байки
Photo
Тут как притягивающих, так и отталкивающих лепестков n-1=3 — то есть это картина для n=4, например, для отображения
z->z - z^4
(я выбрал знак минус, чтобы правый лепесток, содержащий вещественные положительные числа, действительно получился притягивающим, а не отталкивающим).
z->z - z^4
(я выбрал знак минус, чтобы правый лепесток, содержащий вещественные положительные числа, действительно получился притягивающим, а не отталкивающим).
И действительно, если нарисовать множество Жюлиа для c=-3/4 (то есть для λ=-1), то мы увидим убегающие вверх и вниз от неподвижной точки z_0=-1/2 "клювики", попадающие в зазор между притягивающими лепестками. Там точки убегут под действием итераций слишком далеко (за ту область, где векторное поле, у которого возвращаются все траектории, хорошо приближает итерации) — и уже не вернутся.
Так что же происходит, когда параметр c пересекает (-3/4), или, что то же самое, когда λ переходит через (-1)?
При λ=-1 к точке w=0 на вещественной прямой близкие к ней точки приближаются (пусть и очень медленно, потому что (-2w^3) много меньше w). При этом они прыгают, каждый раз меняя знак:
Когда |λ| станет больше единицы, сама точка w=0 превратится в отталкивающую — близкие к ней точки от неё удаляются (ибо их модуль умножается примерно на |λ|>1) :
Значит, где-то между далёкими точками (которые приближались — и всё ещё приближаются просто по непрерывности — скажем, w=-0.1 не почувствует эффекта при λ=-1.00000001) и близкими, которые уже начали удаляться, должен найтись общий для них предельных режим — притягивающая периодическая орбита периода 2:
Математические байки
Значит, где-то между далёкими точками (которые приближались — и всё ещё приближаются просто по непрерывности — скажем, w=-0.1 не почувствует эффекта при λ=-1.00000001) и близкими, которые уже начали удаляться, должен найтись общий для них предельных режим…
(Слово "значит" тут нужно взять в кавычки — чтобы это стало строгим рассуждением, нужно действовать гораздо аккуратнее — но, надеюсь, "на уровне картинок" это достаточно убедительно.)
Так вот — то, что мы увидели, называется бифуркацией удвоения периода: при переходе мультипликатора ("производной в") неподвижной точки через (-1) она теряет устойчивость — и из неё рождается периодическая орбита вдвое большего периода.
Вот линии, которые этому соответствуют на диаграмме предельных режимов логистического отображения: сначала мы видим притягивающую неподвижную точку —
А когда её мультипликатор пересекает (-1) — притягивающую орбиту периода 2:
(Чтобы не запутаться: для логистического отображения
x->λx(1-x)
параметр λ это производная в 0 (коэффициент воспроизводства, когда кроликов/рыбок/... мало, и они друг другу не мешают) — а (-1) пересекает мультипликатор в другой неподвижной точке,
x_0=1-1/λ. )
x->λx(1-x)
параметр λ это производная в 0 (коэффициент воспроизводства, когда кроликов/рыбок/... мало, и они друг другу не мешают) — а (-1) пересекает мультипликатор в другой неподвижной точке,
x_0=1-1/λ. )