蛛網圖(cobweb diagram)
蛛網圖是一張簡單的圖,讓你只憑手指描一條路徑,就能「看出」不動點迭代會不會收斂。它把抽象的規則 x_{n+1} = g(x_n) 變成圖上可見的階梯或螺線,於是你能眼看迭代值朝不動點前進——或逃離。
畫法如下。在同一座標上畫兩條曲線:圖形 y = g(x),與對角線 y = x。它們的交點就是不動點 x*,在此 g(x) = x。現在從橫軸上你的猜測 x_0 出發描線:先垂直走到曲線(這個高度就是 g(x_0) = x_1),再水平走到對角線(把 x_1 移回橫軸成為新輸入),再垂直走到曲線,依此類推。先垂直後水平的路徑織出一張網。若 g 平緩地跨越對角線(斜率介於 -1 與 1 之間),網會向 x* 螺旋或階梯「向內」收——收斂。若 g 在該處陡峭(斜率大於 1 或小於 -1),網會「向外」甩——發散。正斜率給出階梯;負斜率給出在兩側交替的螺線。
蛛網圖是收縮條件 |g'(x*)| < 1 的幾何面貌:交點處斜率平緩意味收縮與向內的網,斜率陡峭意味擴張與向外的網。它是絕佳的教學工具,因為同一張圖也能解釋週期 2 的循環(一個永不縮小的方框)與羅吉斯映射等映射通往混沌的路徑。對求根而言,它給出立即的直覺,說明為何一種改寫 x = g(x) 行得通而另一種失敗。
對 x = cos(x),曲線 y = cos(x) 在 x* = 0.739 處以斜率 -0.674 平緩地與 y = x 相交;蛛網向內螺旋,在不動點左右交替並逐漸收緊到它上面——教科書式的收斂螺線。對 x = x^2 - 1,拋物線陡峭相交(斜率 3.24),蛛網向外螺旋逃逸。
交點斜率平緩(|g'| < 1)時網向內螺旋,陡峭時向外螺旋。
蛛網圖顯示的是起點附近的局部行為;全域複雜的 g 可能從不動點一側收斂、從另一側發散。它是診斷與教學用的圖,不是數值方法本身。