Далёкие точки всё ещё к неподвижной точке притягивались. Но близкие после этого пересечения начали от неё убегать:
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).
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).
YouTube
The Tacoma Narrows Fallacy
Teach your teacher: the collapse of the Tacoma Narrows bridge WASN'T resonance.
And I defer all arguments to the elocution of Profs. Billah and Scanlon: http://www.ketchum.org/billah/Billah-Scanlan.pdf
Vortex shedding video: http://youtu.be/JI0M1gVNhbw?t=2m12s…
And I defer all arguments to the elocution of Profs. Billah and Scanlon: http://www.ketchum.org/billah/Billah-Scanlan.pdf
Vortex shedding video: http://youtu.be/JI0M1gVNhbw?t=2m12s…
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.
- 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:
http://www.scholarpedia.org/w/images/7/7f/SuperHopf.gif — мягкая потеря устойчивости (после бифуркации выход на устойчивый предельный цикл);
http://www.scholarpedia.org/w/images/2/2d/SubHopf.gif — жёсткая потеря устойчивости (после бифуркации всё из окрестности неподвижной точки вылетает).
И жёсткая потеря устойчивости — не такой очевидный сценарий, если об этом не задумываться (и очень неприятный, если система это что-то, что нужно контролировать, и её собственное время гораздо быстрее, чем то, с какой скоростью можно управлением подкручивать параметры).
Математические байки
Photo
Давайте теперь вернёмся к множеству Мандельброта (и, на самом деле, к логистическому отображению) — и продолжим двигаться влево по вещественной оси для c.
В момент, когда мы только-только перешли в нашу новую гиперболическую компоненту, мультипликатор (производная за период) новой периодической орбиты периода 2 был положительным (и почти равнялся (-1)^2=1) ). Когда мы дойдём до c=-1, он обратится в ноль: периодической орбитой будет
0 -> -1 -> (-1)^2-1=0,
а производная в нуле нулевая. Кстати, в этот момент мы увидим множество Жюлиа — базилику :
0 -> -1 -> (-1)^2-1=0,
а производная в нуле нулевая. Кстати, в этот момент мы увидим множество Жюлиа — базилику :
И когда мы уйдём левее c=-1 — мультипликатор станет отрицательным. Пока маленьким, но — все ведь понимают, что дальше произойдёт?
При дальнейшем уменьшении c мультипликатор увеличивается по модулю, и при c=-5/4 становится равным (-1). После чего происходит ещё одна бифуркация удвоения периода — и притягивающей орбитой становится орбита порядка 4: