Математические байки – Telegram
Математические байки
4.3K subscribers
1.44K photos
15 videos
27 files
914 links
Рассказы про разную математику.

Архив: http://dev.mccme.ru/~merzon/mirror/mathtabletalks/
Download Telegram
Математические байки
А в нашем случае P(z)=z^2+c критическая точка вообще лишь одна, это точка z=0. Значит, если есть притягивающая орбита — она притянет к себе орбиту z=0. В частности, образы z=0 не убегают на бесконечность — и это по определению и значит, что c из множества…
Но мы уже знаем, что это гарантирует попадание с в множество Мандельброта (или потому, что образы 0 будут этой орбитой притянуты, или потому, что заполненное множество Жюлиа содержит бассейн притяжения — и тем самым гарантировано не канторово).
И вот та область параметров c, где есть притягивающая периодическая орбита периода 2 — это касающаяся главной кардиоиды в точке с=-3/4 гиперболическая компонента множества Мандельброта.
(На всякий случай, это не связная компонента — множество Мандельброта связно!)
Вот она —
Да — давайте, прежде, чем идти дальше в комплексной динамике, я скажу пару слов из теории динамических систем/бифуркаций.
Во-первых, аналогичный сценарий бывает с дифференциальными уравнениями, и там называется бифуркацией Андронова-Хопфа:
- жила-была неподвижная точка — притягивающий фокус:
- шло время, параметры системы менялись, и в некоторый момент пара комплексно-сопряжённых собственных значений пересекла мнимую ось:
Далёкие точки всё ещё к неподвижной точке притягивались. Но близкие после этого пересечения начали от неё убегать:
"Значит", родился притягивающий предельный цикл:
И, собственно, если мы проведём через неподвижную точку прямую (например, горизонтальную) и посмотрим на отображение Пуанкаре (отображение первого возвращения), то мы увидим, что это совсем одна и та же картина: у отображения первого возвращения как раз мультипликатор переходит через (-1).
Во-вторых, такой сценарий — потеря устойчивости при переходе пары сопряжённых собственных значений через мнимую ось — появляется в физике как флаттер.
Кстати, про флаттер — вот этот ролик minutephysics про разрушение Такомского моста ( https://youtu.be/6ai2QFxStxo?t=61 ) мне очень нравится; и — если вы не видели само его падение, я тоже очень советую посмотреть (вот тут одноминутный ролик — https://youtu.be/XggxeuFDaDU?t=19 — и вид огромной конструкции, ходящей ходуном, внушает).
В-третьих: сценарий, который мы видели, это на самом деле только один из двух вариантов, мягкая потеря устойчивости (для Андронова-Хопфа — суперкритическая бифуркация). Мы посмотрели на квадрат нашего отображения в момент бифуркации, когда мультипликатор пересекал (-1), и коэффициент при w^3 был отрицательным. И в этом сценарии мы из просто неподвижной точки перешли в режим "малых биений" — притягивающей стала (близкая) периодическая орбита периода 2 (или предельный цикл для дифференциального уравнения).
Но коэффициент мог получиться и положительным (скажем, возьмём отображение w->-w+w^2-10w^3). И тогда мы видим, что в момент бифуркации точка уже глобально неустойчива — все близкие точки от неё будут "далеко" убегать.
Этот случай можно превратить в исходный, если перейти к обратному отображению (или обратить время для дифференциального уравнения). И сценарий тут получается таким:
- до бифуркации есть притягивающая неподвижная точка;
- её бассейн притяжения (область устойчивости) ограничен (отталкивающей) периодической орбитой периода 2 (или отталкивающим предельным циклом для дифференциального уравнения)
- эта область всё уменьшается и уменьшается, и в момент бифуркации схлопывается в нашу неподвижную точку — которая уже в этот момент становится неустойчивой (но медленно), а сразу за бифуркационным значением параметра — неустойчивой и по линейным членам.
И это называется жёсткой потерей устойчивости, или субкритической бифуркацией Андронова-Хопфа.
Вот тут — http://www.scholarpedia.org/article/Andronov-Hopf_bifurcation — есть очень хорошие картинки этих двух сценариев: