Кіріспе

Шешімдердің тұрақтылығын қарастыратын математиканың бөлігі модель теориясының саласы Математикада тұрақтылық теориясы дифференциалдық теңдеулердің шешімдерінің және бастапқы шарттардың кішкентай бұзылуы кезінде динамикалық жүйелердің траекторияларының тұрақтылығын қарастырады. Мысалы, жылу теңдеуі тұрақты бөлшектік дифференциалдық теңдеу, өйткені бастапқы деректердің кішкентай бұзылуы ең жоғары принциптің нәтижесінде кейінгі уақытта температураның кішкентай өзгеруіне әкеледі. Қисма дифференциалдық теңдеулерде функциялар арасындағы қашықтықты Lp нормаларын немесе sup нормасын қолдана отырып өлшеуге болады, ал дифференциалдық геометрияда кеңістік арасындағы қашықтықты Громов Хаусдорф қашықтығын қолдана отырып өлшеуге болады. Динамикалық жүйелерде, егер кез келген нүктелердің алдыңғы орбитасы жеткілікті шағын көршілікте болса немесе ол кішкентай (бірақ мүмкін, үлкен) көршілікте болса, орбита Ляпунов тұрақты деп аталады. Орбитаның тұрақтылығын немесе тұрақсыздығын дәлелдеу үшін әртүрлі критерийлер әзірленді. Ыңғайлы жағдайларда сұрақ матрицалардың өзіндік мәндерін қамтитын жақсы зерттелген проблемаға дейін қысқартылуы мүмкін. Жалпы әдіс Ляпунов функцияларын қамтиды. Іс жүзінде тұрақтылық критерийлерінің кез келгені қолданылады.

2D-дегі тұрақты нүктелердің тұрақтылығы

Парадигматикалық жағдай - 2х2 матрицасы бар сызықтық автономды дифференциалдық теңдеудің тұрақтығы. Кейде біз негізді өзгертуді кейбір керілі матрица үшін орындаймыз, бұл "жаңа негізде" деп айтамыз. Біз негіздің өзгеруін еркін пайдалана отырып, және , пайда болу тұрақтылығын жіктей аламыз.

Аумақты сақтайтын ағын

Бізде бар, сондықтан ағындылық аумақты сақтайды. Бұл жағдайда ағынның түрі If арқылы жіктеледі, онда ол шығу орнының айналмасы ("нейтралды тұрақтылық"). Егер , онда бұл кесу ағыны. Егер , онда шығу тегі - ат құлағының нүктесі.

Тұрақты нүктелердің тұрақтылығы

Орбитаның ең қарапайым түрі - тұрақты нүкте немесе тепе-теңдік. Егер механикалық жүйе тұрақты тепе-теңдік жағдайында болса, онда кішкене итермелеу жергілікті қозғалысқа әкеледі, мысалы, маятник жағдайындағыдай кішкентай тербелістер. Демпингті жүйеде тұрақты тепе-теңдік жағдайы, сонымен қатар, асимптотикалық тұрақты. Екінші жағынан, тұрақсыз тепе-теңдік үшін, мысалы, төбе басында жатқан доп, белгілі бір кішкентай итергіштер бастапқы күйге жетуі мүмкін немесе келмеуі мүмкін үлкен амплитудалы қозғалысқа әкеледі. Сызықтық жүйелер үшін тұрақтылықты тексерудің пайдалы әдістері бар. Сызықтық емес жүйенің тұрақтылығын оның сызықтық тұрақтылығынан жиі тұжырымдауға болады.

Жалпы динамикалық жүйелер үшін Ляпунов функциясы

Динамикалық жүйенің Ляпунов тұрақтылығын немесе асимптотикалық тұрақтылығын орнатудың жалпы жолы Ляпунов функциялары арқылы.