零斜線(nullcline)
當你想徒手畫一張相圖時,零斜線是讓事情變得可掌握的鷹架。零斜線是相平面上的一條曲線,在那裡兩個變數中的「一個」瞬間停止變化——它的變化率為零。它們有兩條:x 零斜線,在那裡 x' = 0(x 瞬間凍結);以及 y 零斜線,在那裡 y' = 0(y 瞬間凍結)。它們把平面切成整齊的區域。
它們這樣幫忙。在 x 零斜線上,因為 x' = 0,速度箭頭沒有水平分量,所以它純粹指向上或下(垂直)。在 y 零斜線上,因為 y' = 0,箭頭純粹指向左或右(水平)。而兩條零斜線「相交」之處,x' 與 y' 同時為零——這恰好是一個平衡點。所以畫出零斜線同時就定位了每一個平衡點(交點),並告訴你關鍵曲線上的箭頭方向,而在它們之間的每個區域裡,x' 與 g 的正負號決定了軌跡是往右上、往左下還是其他方向漂移。你便一區一區地拼出相圖。
零斜線純粹是繪圖輔助,不是深刻的對象——但極為實用,因為它把「一切走向何方?」化簡為在少數幾個區域內檢查 f 與 g 的正負號。對於太雜亂而無法用公式分類的非線性系統,它尤其寶貴。一個提醒:零斜線「不是」軌跡。軌跡只是觸碰零斜線並(垂直或水平地)穿過它;它不沿著零斜線跑,除非零斜線恰好與某條直線解重合的特殊情形。
對於 x' = x(1 - x - y)、y' = y(0.75 - y - 0.5x),x 零斜線是 x = 0 與直線 1 - x - y = 0;y 零斜線是 y = 0 與 0.75 - y - 0.5x = 0。它們的交點是平衡點,箭頭在 x 零斜線上垂直、在 y 零斜線上水平。
平衡點是 x 零斜線與 y 零斜線相遇之處;箭頭在各自的零斜線上呈垂直或水平。
不要把零斜線與軌跡混淆。軌跡會穿越零斜線(垂直地上下穿過 x 零斜線,水平地左右穿過 y 零斜線);它們一般不沿著零斜線。平衡點需要「兩條」零斜線同時——只在其中一條上的點不是靜止點。