相平面與定性理論
吸引域(basin of attraction)
穩定平衡點會把附近的狀態拉向自己——但「附近」有多近?吸引域回答了這一點。它是一整組起始點,系統從這些點出發最終都會到達某個給定的吸引子。想像降雨落在地景上:落在某個山谷內的每一滴水都流向那個山谷最低的水塘。供給一個水塘的整片集水區就是它的吸引域;集水區之間的山脊則是邊界。
精確地說,對於一個吸引子(穩定平衡點,或穩定的閉合軌道),它的吸引域是所有初始狀態 (x0, y0) 的集合,其軌跡在時間趨於無窮時收斂到該吸引子。若一個系統有多個吸引子,相平面就被劃分成它們的吸引域,而吸引域之間的邊界是特殊的分隔曲線——常常正是某個鞍點的穩定流形扮演這樣的分水嶺,把一側的狀態導向某個吸引子、另一側的導向不同的吸引子。單一吸引域可以是整齊的圓盤,也可以是形狀奇異、甚至碎形的區域。
吸引域之所以重要,是因為穩定性是局部的,後果卻是全局的:平衡點穩定只保證夠近的狀態被捕獲,而吸引域告訴你「多近才算夠近」——那道安全餘裕。在工程上,這正是系統能復原的擾動,與把它推入另一個、或許災難性的吸引子的擾動之間的差別。知道平衡點穩定還不夠;你必須知道它吸引域的大小與形狀,才能判斷真實的擾動是否仍被捕住。
在一個有兩個穩定平衡點、中間隔著一個鞍點的系統裡,鞍點的穩定流形把平面一分為二:左邊的每個起點流向左邊的平衡點,右邊的每個起點流向右邊的。這兩個半區域就是兩個吸引域。
鞍點的穩定流形是把一個吸引域與另一個分開的分水嶺。
穩定性是局部的;吸引域是全局的。一個平衡點可以完全穩定,吸引域卻很小,於是一個不大的擾動仍會逃離它、落入不同的吸引子。稱某物穩定,並未說明它能承受多大的衝擊——那正是吸引域所衡量的。
又称
另见