相平面與定性理論

退化平衡點(degenerate equilibrium)

大多數平衡點都乾淨地歸入幾種著名類型之一——結點、鞍點、螺旋點、中心。退化平衡點則是那些不歸入其中的邊界與失靈情形的總稱,是分類機制因某物歸零而卡住的那些。它們是住在圖的分界線上的例外,那裡某一類型正轉變為另一類型的中途。

在線性理論中,類型由矩陣的跡與行列式讀出。乾淨的(非退化的)情形全都有非零的行列式與標準的特徵值模式。退化在此失效時來襲:當行列式為「零」時,至少有一個特徵值為零,矩陣是奇異的。此時不再有單一孤立的靜止點——取而代之的是出現一整條線(甚至整個平面)的平衡點,軌跡呈平行直線,朝向、遠離或沿著那條靜止點之線運行。重複特徵值的情形(非正常結點與星形結點)以及純虛的中心,也常被歸入「退化」,因為它們同樣坐落在過渡邊界上,而非某類型開放的內部。

退化平衡點之所以重要,正因為它們標出跡-行列式平面上的邊界——分隔結點、螺旋點、鞍點的曲線與軸。它們結構不穩定:係數的微小擾動就把它們推離邊界,落入某種尋常類型。所以在真實、略帶雜訊的模型中,它們是刀鋒上的情形,極少恰好出現,但對於理解系統行為如何隨參數變化而切換卻不可或缺。

系統 x' = 0、y' = -y 的矩陣為 [0, 0; 0, -1],行列式為 0,含一個零特徵值。沒有孤立的平衡點——整條 x 軸都是靜止點之線,軌跡垂直地落到它上面。

行列式為零意味著有零特徵值:平衡點沿一整條線散布,而非坐落於一點。

退化情形是刀鋒情形:它們恰好坐落在跡-行列式平面的邊界上,因此結構不穩定,幾乎從不出現在一般、略受擾動的模型中。對於真實的非線性系統,要對線性化給出的任何「中心」或零行列式判決保持懷疑。

又称
degenerate critical pointnon-isolated equilibriumborderline equilibrium退化臨界點非孤立平衡點