對初始條件的連續依賴(continuous dependence on initial conditions)
連續依賴問的是一個關於穩健性的問題:如果你把起點稍微推一下,整個解是否只移動一點點?如果初始值髮絲寬的改變,會在每個區間上產生一條截然不同的曲線,那會令人不安;我們希望小原因有成比例的小效應,至少在一段固定的有限時間內如此。正是這個性質,使我們在初始資料只能近似得知時(而這永遠成立)仍能信賴一個模型。
在賦予存在唯一性的相同假設下——f 的利普希茨條件——這以精確、可量化的形式成立。若兩個解起始相距 d,則它們在稍後「時間」x 處的差距被 d 乘以 e^(L|x - x0|) 所界定,其中 L 是利普希茨常數。那個指數因子是誠實的部分:曲線可能漸漸分開,但不會快過這個受控的指數速率,所以在任何固定區間上,當起始差距小時,最終差距也保持小。這個估計本質上就是格朗沃爾不等式在運作,而同樣的論證也延伸到對方程內部參數的依賴,不只是對初始值。
誠實的警語就住在那個指數裡。連續依賴是關於一個固定有限區間的陳述;它不承諾鄰近的軌跡永遠保持靠近。在長時間下,e^(L|x|) 這個界限可能大得驚人,而在混沌系統中,微小的初始差異確實會放大,直到預測完全發散——那就是敏感依賴,混沌的引擎。連續依賴與敏感依賴並不衝突:解在每個固定的時間視界上都連續地依賴其資料,然而那個連續性常數可能隨視界增長而爆掉。
對於 y' = y,兩個起點 y(0) = 1 與 y(0) = 1.001 分別給出 e^x 與 1.001 e^x;它們的差距是 0.001 e^x。在 x = 1 處差距約為 0.0027——仍然極小。這裡利普希茨常數為 L = 1,所以差距的 e^x 式增長恰好就是預測的 e^(L x)。
鄰近的起點給出鄰近的解,且在任何固定區間上差距增長不快於 e^(L|x|)。
連續依賴在固定區間上成立,但界限呈指數增長。在長時間視界下,或在混沌系統中,微小的初始誤差仍可能爆成完全發散——那是敏感依賴,並非矛盾。