非線性系統、穩定性與李雅普諾夫理論
雙曲平衡點(hyperbolic equilibrium)
平衡點有兩種性情。「穩健」的平衡點有清楚的判決——它要嘛把一切拉進來,要嘛把東西推出去,而對方程作微小改動不會推翻這個判決。「邊界」的平衡點坐在刀刃上,最小的一推就可能把它倒向任一邊。雙曲(hyperbolic)正是穩健那一類的精確名稱,是那種命運能讓線性化有信心讀出的平衡點。
定義完全關乎特徵值。當平衡點 x* 處雅可比矩陣 J 的每個特徵值實部都不為零——沒有任何一個恰好落在虛軸上——時,x* 是雙曲的。因為特徵值的實部控制其模態是增長(正實部)還是衰減(負實部),沒有零實部就表示每個方向都明確地要嘛擴張要嘛收縮。匯(sink)、源(source)與鞍點都是雙曲的;中心(純虛特徵值)以及任何帶零特徵值的平衡點則不是。
雙曲性正是哈特曼-葛羅曼定理適用的確切條件,因此它是「能完全靠線性化理解」與「不能」這兩類平衡點之間的分界線。它也帶來穩健性:雙曲平衡點在系統的微小擾動下保持其類型,這就是為什麼雙曲點是「通有的」(典型的),而非雙曲點是特殊的——它們正是分岔誕生之處。
雅可比矩陣 [−2, 1; 0, 3] 的特徵值為 −2 與 3,皆無零實部,故此平衡點是雙曲的(鞍點);相對地 [0, −1; 1, 0] 的特徵值為加減 i,兩者實部皆為零,故該平衡點是非雙曲的。
沒有特徵值落在虛軸上即為雙曲;有特徵值實部為零(純虛數對或零)則為非雙曲。
雙曲不等於「鞍點」——匯與源也是雙曲的。這個詞只指沒有實部為零的特徵值,而非雙曲線形軌跡的幾何。
又稱
另見