尖點型突變

尖點型突變

尖點型突變(the cusp catastrophe)是較簡單的且套用廣泛的基本突變模型,它的勢函式為V(x)=x+ux+vx,平衡曲面M的方程為4x+2ux+v=0,分歧集為8u+27v=0,它由DV(x)=4x+2ux+v=0,DV(x)=12x+2u=0組成的方程組消去x得到 。

基本介紹

自然界與社會現象中一般的不連續突變問題,都可歸屬於基本突變模型所刻畫,由其特定的幾何形狀表示,故探討突變問題就必須按研究基本突變模型的幾何形狀。

當具有兩個控制變數時,最簡單的突變模型為尖點型;由於其比較簡單,臨界曲面也容易構造,且幾何直觀性強,故屬套用最廣泛的突變模型 。

尖點突變的幾何形狀

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尖點突變,Thorn又稱為Rienan-Hugonioc點突變,其勢函式為 故相空間為狀態變數x以及u、v兩個控制變數構成的三維空間;該勢函式的臨界點為方程的解。故平衡曲面M亦由該方程給出,即 其奇點集所相應的方程為,即 將式(2)、式(3)聯立求解,消去x則可獲得分歧集方程,即判別式△

尖點型突變 尖點型突變

描述平衡曲面的方程式(2)是一個3次方程,該類方程或有一實根,或有3個實根,實根的數目和性質可由判別式△和u、v是否取零值而定。將平衡曲面繪出,如圖1所示。設系統的狀態是以x、u,v為坐標的三維空間中的一點所代表,則相點必定位於該曲面上,且總是位於曲面的頂葉或底葉,因為中葉是對應於不穩定平衡 。

圖1 圖1

平衡超曲面M在控制平面C即u-v中的投影是一種拓撲變換或映射,可用f表示為

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u、v的平穩變化一般都引起x的平穩變化。僅當控制點(u,v)越過分歧集時,將使x產生不連續的突變,亦即如果相點恰好在M曲面終止的邊緣上(曲面回折面形成中葉處),則它必定跳躍到另一葉上,這引起x的突變,並產生滯後現象。尖點之中有兩個極小點,它們被一個極大點分隔,而尖點之外只有一個極小點,如圖1所示。另外,由於當時,v的變化只引起x的光滑變化,故稱為正則性態。相應地稱v為正則因子。但當u減少到負值時,即時就分裂了M,出現摺疊,x的變化不再連續,故稱u為剖分因子 。

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