相平面與定性理論

結點(node)

結點是最簡單的一種平衡點:軌跡正面地趨近(或離開)它,而不繞圈。想像水從各個方向直直流進排水孔——那是穩定結點,一個匯點。把箭頭反轉,水從噴泉口直直噴出——那是不穩定結點,一個源點。結點的特徵感受是直接、不旋轉的運動:路徑沿曲線進來或出去,從不螺旋。

對於線性系統,類型由其矩陣 A 的特徵值決定。當兩個特徵值都是實數且「同號」時,出現結點。若兩者皆為負,每條軌跡都衰減趨向該點:穩定結點(匯點)。若兩者皆為正,每條軌跡都增長離開它:不穩定結點(源點)。特徵向量給出兩個特殊的直線方向;軌跡一般沿較慢(絕對值較小)特徵值的特徵向量切向進入,在遠處則與較快的對齊,形成結點特有的彎曲、不相交的扇形曲線。當兩特徵值相等時,結點變為特殊的正常(星形)或非正常情形。

結點是真實模型中最常見的吸引子與排斥子——任何直接落到穩態的東西,或從不穩態直直跑開的東西,都坐落在結點上。只要知道兩個特徵值是實數且同號,就足以判定:同號代表結點,而共同的正負號告訴你穩定或不穩定,這一切都不必解系統。

系統 x' = -x、y' = -3y 的特徵值為 -1 與 -3,皆為負,所以原點是穩定結點。每條軌跡都衰減到 (0, 0),沿 x 軸(慢方向,特徵值 -1)切向進入。

兩個同號的實特徵值構成結點;兩者皆負則為穩定。

同號代表結點,但正負號告訴你穩定性而非名稱:皆負是穩定結點,皆正是不穩定結點。若兩個實特徵值「異號」,得到的根本不是結點——而是鞍點。

又稱
nodal pointsink or source node節點