非線性系統、穩定性與李雅普諾夫理論

本迪克松否定判據(Bendixson's negative criterion)

/ BEN-dix-on /

搜尋極限環可能很困難,所以有一個快速證明某區域沒有極限環的方法極為有用——在你白費力氣去找之前就排除週期運動。本迪克松否定判據正是這樣一個「不可能」測試。只要一次簡單計算,它就能認證某區域內裝不下任何閉軌,以否定的方式了結問題。

此判據用向量場的散度。對平面系統 x' = f(x,y)、y' = g(x,y),作散度 ∂f/∂x + ∂g/∂y——度量流在每點如何擴張或壓縮面積。本迪克松定理說:若此散度不恆為零、且在一個單連通區域(沒有洞的區域)中始終不變號,則該區域不含任何閉軌。理由是一個乾淨的面積論證:環繞任何閉軌,散度在所圍面積上的積分必為零(流入與流出平衡),但一個固定正負號的散度積出非零值——矛盾,故不可能有這樣的軌道。

杜拉克的改良在取散度之前先把場乘上一個巧選的正權重 B(x,y),這常把變號的散度變成不變號的、排除原始判據失敗處的循環。誠實的範圍是:這只是一個否定測試。它能證明某區域內沒有極限環,卻永遠不能證明有一個——那要轉向龐加萊-本迪克松定理。而且它只適用於單連通區域;區域中有一個洞就使面積論證失效。

對 x' = x + x^3 - y、y' = y + y^3 + x,散度為 (1 + 3x^2) + (1 + 3y^2),恆為正;本迪克松判據立即排除整個平面上任何閉軌。

固定正負號的散度在所圍區域上不可能積分為零,故那裡不可能有閉軌。

它只是否定判據——只能證明「沒有」極限環,永遠不能證明「有」。它也要求單連通(無洞)區域;在有洞的區域上面積論證會破裂,循環可能溜進去。

又称
Bendixson criterionBendixson-Dulac criterionDulac's criterion本迪克森判據杜拉克判據