더핑 미분 방정식

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더핑 방정식의 가장 일반적인 강제 형태는 다음과 같습니다

 2015 년.+델탁스^.+(betax^3+/-omega_0^2 배)=gammacos(omegat+phi).
(1)

선택한 매개 변수에 따라 방정식은 여러 가지 특별한 형태를 취할 수 있습니다. 예를 들어,감쇠가없고 강제력이 없으면델타=감마=0더하기 기호를 사용하면 방정식이 됩니다

 2015 년.+오메가 _0^2 배+베탁스^3=0
(2)

(1978 년,547 쪽;즈윌링거 1997 년,122 쪽). 이 방정식은 혼란스러운 행동을 나타낼 수 있습니다. 베타 0의 경우 방정식은”하드 스프링”을 나타내고베타 0의 경우”소프트 스프링”을 나타냅니다.”베타 0이면 위상 세로 곡선이 닫힙니다.

대신베타=1,오메가 _0=1,피=0,마이너스 기호를 사용 하 여 시계를 다시 설정 하는 경우 방정식은 다음

 2015 년.+델탁스^.+(엑스^3-엑스)=감마 코스(오메가).
(3)

이것은 첫번째 순서 상미분 방정식의 체계로 것과 같이 쓰여질 수 있다

2015 년 = 와이,
(4)
와이^. = 2018 년 11 월 13 일(토)~2018 년 11 월 13 일(일))
(5)

(위 긴스 1990,피.5)어떤,강제되지 않은 경우,로 감소

2015 년 = 와이
(6)
와이^. = 3-델타이
(7)

(1990 년,피.6;오트 1993,피.3).

이 결합 된 미분 방정식 세트의 고정 점은 다음과 같습니다

 2015 년=와이=0,
(8)

그리고 그 결과는 다음과 같습니다.

와이^. = 3-델타이
(9)
= 엑스(1-엑스^2)-0
(10)

제공엑스=0,+/-1. 따라서 고정 점은 다음과 같습니다(-1,0), (0,0), 그리고(1,0).

고정점의 안정성 분석은 방정식을 선형화하여 포인트가 될 수 있습니다. 차별화 제공

2015 년. = 와이^.
(11)
= 3-델타이
(12)
와이^.. = (1-3 배^2)엑스^.-델테이^.,
(13)

행렬 방정식으로 쓸 수 있습니다

 =.
(14)

점의 안정성 검토(0,0):

 |0-람다 1; 1-델타-람다/=람다(람다+델타)-1=람다^2+람다 델타은-1=0
(15)
 람다_+/-^((0,0))=1/2(-델타+/-평방 미터(델타^2+4)).
(16)

그러나델타^2=0,그래서람다_+/-^((0,0)) 진짜. 제곱근(델타^2+4)|델타|이후 항상 하나의 양의 루트가 있으므로이 고정점은 불안정합니다. 이제 봐(+/-1, 0). 특성 방정식은

 |0-람다 1; -2-델타-람다/=람다(람다+델타)+2=람다^2+람다 델타+2=0,
(17)

뿌리가 있는

 람다_+/-^((+/-1,0))=1/2(-델타+/-평방 미터(델타^2-8)).
(18)

따라서 점근 적으로 안정적입니다. 만약델타=0,람다_+/-^((+/-1,0))=+/-이 점들은 선형 적으로 안정적입니다. 그러나,만약(2),0), 라디칼은 허수 부분을 제공하고 실수 부분은0이므로 점이 불안정합니다. 100000000000(2), 람다_+/-^((+/-1,0))=제곱근(2)은 양의 실제 루트를 가지므로 점이 불안정합니다. 따라서 두 근 모두 양수이고 점은 불안정합니다.

DuffingOscillatorPhasePortrait

흥미롭게도 특별한 경우델타=0,

2015 년 = 와이
(19)
와이^. = 엑스-엑스^3,
(20)

구적법에 의해 통합될 수 있습니다. (19)및 플러그 인(20)차별화

 2015 년.=와이^.=엑스-엑스^3.
(21)

양변에를 곱합니다.제공

 2015 년.2015 년-엑스^.+++++++++++0 입니다.
(22)

그러나 이것은 쓸 수 있습니다

 1/2 배^.^2-1/2 배^2+1/4 배^4)=0,
(23)

그래서 우리는 운동의 불변성을 가지고 있습니다h,

 1/2 배^.^2-1/2 엑스^2+1/4 엑스^4.
(24)

에 대한 해결엑스^.^2제공

 2015 년^2=((dx)/(dt))^2=2h+x^2-1/2x^4
(25)
 (dx)/(dt)=sqrt(2h+x^2-1/2x^4),
(26)

so

 t=intdt=int(dx)/(sqrt(2h+x^2-1/2x^4))
(27)

(Wiggins 1990, p. 29).

Note that the invariant of motion h satisfies

 x^.=(partialh)/(partialx^.(부분)/(부분))
(28)
 (이 경우 두 번째 행은 두 번째 행과 두 번째 행과 두 번째 행과 두 번째 행과 두 번째 행과 두 번째 행과 두 번째 행과 두 번째 행과 두 번째 행과 두 번째 행입니다.,
(29)

그래서 더핑 오실레이터의 방정식은 해밀턴 시스템에 의해 주어집니다.

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