相平面與定性理論
非正常結點(improper node)
非正常結點是結點的中間情形——當一個結點被擠到即將變成別種東西的邊緣時,你看到的圖像。軌跡仍直直流入(或流出)而不繞圈,所以它確實是結點,但它們全擠在同一個方向上進入,而非分布在兩個方向之間。想像梳頭髮:每一綹都從同一側掃進分線,全部與同一條線相切。
它出現在線性系統中,當矩陣有「重複」的實特徵值(兩個特徵值合一)卻只有「一個」獨立特徵向量時——矩陣是「虧損的」,無法對角化。由於只有一個特徵向量方向可用,只有一條直線軌跡;其餘每條軌跡都彎繞著、沿著這同一條線切向進入平衡點。代數上,缺失的第二個方向由廣義特徵向量補上,產生那種特有的彎曲、全部單一切向的流動。若重複特徵值為負,非正常結點穩定;若為正,則不穩定。
非正常結點恰好位於跡-行列式平面上結點即將變成螺旋點的邊界(判別式為零的曲線)上。它是臨界情形,因此結構上很脆弱:係數最微小的改變都可能把它推向一側成為真正的雙切向結點,或推向另一側成為螺旋點。認出它,就知道系統正懸在那個過渡的正中央。
矩陣 [-1, 1; 0, -1] 有重複特徵值 -1,卻只有一個特徵向量(沿 x 軸)。原點是穩定的非正常結點:每條軌跡都衰減進入,全部沿那唯一的 x 軸方向切向進來。
重複特徵值卻只有一個特徵向量,給出單切向的非正常結點。
光是重複特徵值並不使結點成為非正常——還要看特徵向量。有一個獨立特徵向量得到這種非正常結點;有兩個(單位矩陣的倍數)則得到星形結點。同一個特徵值,兩幅截然不同的圖像。
又稱
另見