在 ざい 物理 ぶつり 科學 かがく 中 なか ,如果描述某 ぼう 個 こ 系統 けいとう 的 まと 方 かた 程 ほど 其輸入 ゆにゅう (自 じ 變數 へんすう )與 あずか 輸出 ゆしゅつ (應 おう 變數 へんすう )不 ふ 成 なり 正 せい 比 ひ ,則 のり 稱 たたえ 為 ため 非 ひ 線 せん 性 せい 系統 けいとう 。由 よし 於自然 しぜん 界 かい 中大 ちゅうだい 部分 ぶぶん 的 てき 系統 けいとう 本質 ほんしつ 上 うえ 都 と 是非 ぜひ 線 せん 性的 せいてき ,因 いん 此許多 た 工程 こうてい 師 し 、物理 ぶつり 學 がく 家 か 、數學 すうがく 家 か 和 わ 其他科學 かがく 家 か 對 たい 於非線 せん 性 せい 問題 もんだい 的 てき 研究 けんきゅう 都 と 極 きょく 感 かん 興趣 きょうしゅ 。非 ひ 線 せん 性 せい 系統 けいとう 和 わ 線 せん 性 せい 系統 けいとう 最大 さいだい 的 てき 差別 さべつ 在 ざい 於,非 ひ 線 せん 性 せい 系統 けいとう 可能 かのう 會 かい 導 しるべ 致混沌 こんとん 、不可 ふか 預 あずか 測 はか ,或 ある 是 ぜ 不 ふ 直觀 ちょっかん 的 てき 結果 けっか 。
一般 いっぱん 來 らい 說 せつ ,非 ひ 線 せん 性 せい 系統的 けいとうてき 行為 こうい 可 か 以用一組非線性聯立方程來描述。非 ひ 線 せん 性 せい 方 かた 程 ほど 裡 うら 含有 がんゆう 由 よし 未知數 みちすう 構成 こうせい 的 てき 非 ひ 線 せん 性 せい 函數 かんすう ;換 かわ 句 く 話 はなし 說 せつ ,一個非線性方程並不能寫成其未知數的線 せん 性 せい 組合 くみあい 。非 ひ 線 せん 性 せい 微分 びぶん 方 かた 程 ほど ,則 のり 是 ぜ 指方 さしかた 程 ほど 裡 うら 含有 がんゆう 未知 みち 函數 かんすう 及其導 しるべ 函數 かんすう 的 てき 乘 じょう 冪 べき 不等 ふとう 於一的 てき 項 こう 。在 ざい 判定 はんてい 一個方程是線性或非線性時,只 ただ 需考慮 こうりょ 未知數 みちすう (或 ある 未知 みち 函數 かんすう )的 てき 部分 ぶぶん ,不 ふ 需要 じゅよう 檢 けん 查方程 ほど 中 ちゅう 是 ぜ 否 いや 有 ゆう 已 やめ 知的 ちてき 非 ひ 線 せん 性 せい 項 こう 。例 れい 如在微分 びぶん 方 かた 程 ほど 中 ちゅう ,若 わか 所有 しょゆう 的 てき 未知 みち 函數 かんすう 、未知 みち 導 しるべ 函數 かんすう 皆 みな 為 ため 一 いち 次 じ ,即 そく 使 つかい 出現 しゅつげん 由 よし 某 ぼう 個 こ 已 やめ 知 ち 變數 へんすう 所 ところ 構成 こうせい 的 てき 非 ひ 線 せん 性 せい 函數 かんすう ,仍稱它是線 せん 性 せい 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 。
由 よし 於非線 せん 性 せい 方 かた 程 ほど 非常 ひじょう 難解 なんかい ,因 いん 此常常 つね 需要 じゅよう 以線性 せい 方 かた 程 ほど 來 らい 近似 きんじ 一 いち 個 こ 非 ひ 線 せん 性 せい 系統 けいとう (線 せん 性 せい 近似 きんじ )。這種近似 きんじ 對 たい 某 ぼう 範圍 はんい 內的輸入 ゆにゅう 值(自 じ 變數 へんすう )是 ぜ 很準確 かく 的 てき ,但 ただし 線 せん 性 せい 近似 きんじ 之 の 後 こう 反 はん 而會無法 むほう 解釋 かいしゃく 許多 きょた 有 ゆう 趣 おもむき 的 てき 現象 げんしょう ,例 れい 如孤 こ 波 は 、混沌 こんとん [ 1] 和 わ 奇 き 點 てん 。這些奇特 きとく 的 てき 現象 げんしょう ,也常常 つね 讓 ゆずる 非 ひ 線 せん 性 せい 系統的 けいとうてき 行為 こうい 看 み 起 おこり 來 らい 違反 いはん 直覺 ちょっかく 、不可 ふか 預 あずか 測 はか ,或 ある 甚至混沌 こんとん 。雖然「混沌 こんとん 的 てき 行為 こうい 」和 かず 「隨 ずい 機 き 的 てき 行為 こうい 」感覺 かんかく 很相似 そうじ ,但 ただし 兩者 りょうしゃ 絕對 ぜったい 不能 ふのう 混 こん 為 ため 一 いち 談 だん ;也就是 ぜ 說 せつ ,一個混沌系統的行為絕對不是隨機的。
舉例來 らい 說 せつ ,許多 きょた 天氣 てんき 系統 けいとう 就是混沌 こんとん 的 てき ,微小 びしょう 的 てき 擾動即 そく 可 か 導 しるべ 致整個 こ 系統 けいとう 產 さん 生 せい 各種 かくしゅ 不同 ふどう 的 てき 複雜 ふくざつ 結果 けっか 。就目前 まえ 的 てき 科技 かぎ 而言,這種天氣 てんき 的 てき 非 ひ 線 せん 性 せい 特性 とくせい 即 そく 成 なり 了 りょう 長期 ちょうき 天氣 てんき 預 あずか 報 ほう 的 てき 絆 きずな 腳石。
某 ぼう 些書的 てき 作者 さくしゃ 以非線 せん 性 せい 科學 かがく 來 き 代 だい 指 ゆび 非 ひ 線 せん 性 せい 系統的 けいとうてき 研究 けんきゅう ,但 ただし 也有 やゆう 人 じん 不 ふ 以為然 しか :
「在 ざい 科學 かがく 領域 りょういき 裡 うら 使用 しよう 『非 ひ 線 せん 性 せい 科學 かがく 』這個詞 し ,就如同 どう 把 わ 動物 どうぶつ 學 がく 裡 うら 大 だい 部分 ぶぶん 的 てき 研究 けんきゅう 對象 たいしょう 稱 しょう 作 さく 『非 ひ 大 だい 象 ぞう 動物 どうぶつ 』一樣 いちよう 可 か 笑 わらい 。」
在 ざい 數學 すうがく 上 じょう ,一 いち 個 こ 線 せん 性 せい 函數 かんすう (映 うつ 射 い )
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
擁 よう 有 ゆう 以下 いか 兩個 りゃんこ 性質 せいしつ :
疊 たたみ 加 か 性 せい :
f
(
x
+
y
)
=
f
(
x
)
+
f
(
y
)
{\displaystyle \textstyle f(x+y)\ =f(x)\ +f(y)}
;
齊 ひとし 次 つぎ :
f
(
α あるふぁ
x
)
=
α あるふぁ
f
(
x
)
{\displaystyle \textstyle f(\alpha x)\ =\alpha f(x)}
。
在 ざい α あるふぁ 是 これ 有理數 ゆうりすう 的 てき 情況 じょうきょう 下 か ,一個可疊加函數必定是齊 ひとし 次 じ 函數 かんすう (在 ざい 討論 とうろん 線 せん 性 せい 與 あずか 否 いや 時 とき ,齊 ひとし 次 じ 函數 かんすう 專 せん 指 ゆび 一 いち 次 じ 齊 ひとし 次 じ 函數 かんすう );若 わか
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
是 これ 連續 れんぞく 函數 かんすう ,則 のり 只 ただ 要 よう α あるふぁ 是 ぜ 任意 にんい 實數 じっすう ,就可以從疊 たたみ 加 か 性 せい 推出齊 ひとし 次 つぎ 。然 しか 而在推廣至 いたり 任意 にんい 複數 ふくすう α あるふぁ 時 どき ,疊 じょう 加 か 性 せい 便 びん 再 さい 也無法 ほう 導出 どうしゅつ 齊 ひとし 次 じ 了 りょう 。也就是 ぜ 說 せつ ,在 ざい 複數 ふくすう 的 てき 世界 せかい 裡 うら 存在 そんざい 一 いち 種 しゅ 反 はん 線 せん 性 せい 映 うつ 射 い ,它滿足 まんぞく 疊 たたみ 加 か 性 せい ,但 ただし 卻非齊 ひとし 次 つぎ 。疊 たたみ 加 か 性 せい 和 かず 齊 ひとし 次 じ 這兩個 りゃんこ 條件 じょうけん 常會 じょうかい 被 ひ 合併 がっぺい 在 ざい 一起 かずき ,稱 しょう 之 の 為 ため 疊 たたみ 加 か 原理 げんり :
f
(
α あるふぁ
x
+
β べーた
y
)
=
α あるふぁ
f
(
x
)
+
β べーた
f
(
y
)
{\displaystyle f(\alpha x+\beta y)=\alpha f(x)+\beta f(y)\,}
。
對 たい 於一 いち 個 こ 表示 ひょうじ 為 ため
f
(
x
)
=
C
{\displaystyle f(x)=C\,}
的 まと 方 かた 程 ほど ,如果
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
是 ぜ 一個線性映射,則 のり 稱 しょう 為 ため 線 せん 性 せい 方 かた 程 ほど ,反 はん 之 これ 則 そく 稱 しょう 為 ため 非 ひ 線 せん 性 せい 方 かた 程 ほど 。另外,如果
C
=
0
{\displaystyle C=0}
,則 のり 稱 しょう 此方 こちら 程 ほど 齊 ひとし 次 じ (齊 ひとし 次 じ 在 ざい 函數 かんすう 和 わ 方 かた 程 ほど 上 うえ 的 てき 定義 ていぎ 不同 ふどう ,齊 ひとし 次 つぎ 方 かた 程 ほど 指方 さしかた 程 ほど 內沒有 ゆう 和 わ x 無關 むせき 的 てき 項 こう C ,即 そく 任 にん 何 なん 項 こう 皆 みな 和 わ x 有 ゆう 關 せき )。
這裡
f
(
x
)
=
C
{\displaystyle f(x)=C}
的 てき 定義 ていぎ 是 ぜ 很一般 いっぱん 性 せい 的 てき ,
x
{\displaystyle x}
可 か 為 ため 任 にん 何 なん 數字 すうじ 、向 むこう 量 りょう 、函數 かんすう 等 とう ,而
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
可 か 以指任意 にんい 映 うつ 射 い ,例 れい 如有條件 じょうけん 限 げん 制 せい (給 きゅう 定 じょう 初 はつ 始 はじめ 值或 ある 邊 あたり 界 かい 值 )的 てき 微分 びぶん 或 ある 積分 せきぶん 運算 うんざん 。如果
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
內含有 がんゆう 對 たい
x
{\displaystyle x}
的 てき 微分 びぶん 運算 うんざん ,此方 こちら 程 ほど 即 そく 是 ぜ 一 いち 個 こ 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 。
代數 だいすう 方 かた 程 ほど 又 また 稱 たたえ 為 ため 多項式 たこうしき 方 かた 程 ほど 。令 れい 某 ぼう 多項式 たこうしき 等 とう 於零可 か 得 とく 一 いち 個 こ 多項式 たこうしき 方 かた 程 ほど ,例 れい 如:
x
2
+
x
−
1
=
0
{\displaystyle x^{2}+x-1=0\,}
。
利用 りよう 勘 かん 根 ね 法 ほう 可 か 以找出 で 某 ぼう 個 こ 代數 だいすう 方 かた 程 ほど 的 てき 解 かい ;但 ただし 若 わか 是 ぜ 代數 だいすう 方 ほう 程 ほど 組 ぐみ 則 のり 較為複雜 ふくざつ ,有 ゆう 時候 じこう 甚至很難確定 かくてい 一個代數方程組是否具有複數解(見 み 希 まれ 爾 しか 伯 はく 特 とく 零 れい 點 てん 定理 ていり )。即 そく 使 つかい 如此,對 たい 於一些具有有限個複數解的多項式方程組而言,我 わが 們已經 けい 找到解 かい 的 てき 方法 ほうほう ,並 なみ 且也已 やめ 充分 じゅうぶん 了解 りょうかい 這種系統 けいとう 的 てき 行為 こうい [ 3] 。代數 だいすう 方 かた 程 ほど 組 ぐみ 的 てき 研究 けんきゅう 是 ぜ 代數 だいすう 幾何 きか 裡 うら 重要 じゅうよう 的 てき 一環 いっかん ,而代數 すう 幾何 きか 正 せい 是 ぜ 現代 げんだい 數學 すうがく 裡 うら 的 てき 其中一 いち 個 こ 分 ぶん 枝 えだ 。
若 わか 將 しょう 一 いち 個 こ 序列 じょれつ 前項 ぜんこう 和 わ 後 ご 項 こう 之 の 間 あいだ 的 てき 關係 かんけい 定義 ていぎ 成 なり 某 ぼう 個 こ 非 ひ 線 せん 性 せい 映 うつ 射 い ,則 のり 稱 しょう 為 ため 非 ひ 線 せん 性 せい 遞迴關係 かんけい ,例 れい 如單 たん 峰 みね 映 うつ 射 い 和 わ 侯 ほう 世 よ 達 たち 數列 すうれつ 。由 ゆかり 非 ひ 線 せん 性 せい 遞迴關係 かんけい 構成 こうせい 的 てき 非 ひ 線 せん 性 せい 離散 りさん 模型 もけい ,在 ざい 實際 じっさい 應用 おうよう 中 ちゅう 包括 ほうかつ NARMAX(Nonlinear AutoRegressive Moving Average with eXogenous inputs,外部 がいぶ 輸入 ゆにゅう 非 ひ 線 せん 性 せい 自 じ 迴歸移動 いどう 平均 へいきん )模型 もけい 、非 ひ 線 せん 性 せい 系統 けいとう 辨 べん 識和分析 ぶんせき 程 ほど 序 じょ 等 とう 。[ 4] 這些方法 ほうほう 可 か 以用來 らい 分析 ぶんせき 時 どき 域 いき 、頻 しき 域 いき 和 わ 時 じ 空域 くういき (spatio-temporal domains)裡 うら 複雜 ふくざつ 的 てき 非 ひ 線 せん 性行為 せいこうい 。
若 わか 描述一個系統的微分方程是非線性的,則 のり 稱 しょう 此系統 けいとう 為 ため 非 ひ 線 せん 性 せい 系統 けいとう 。含有 がんゆう 非 ひ 線 せん 性 せい 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 的 てき 問題 もんだい ,系統 けいとう 彼此 ひし 間 あいだ 的 てき 表現 ひょうげん 差異 さい 極大 きょくだい ,而每個 こ 問題 もんだい 的 てき 解法 かいほう 或 ある 是 ぜ 分析 ぶんせき 方法 ほうほう 也都不 ふ 一 いち 樣 よう 。非 ひ 線 せん 性 せい 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 的 てき 例 れい 子 こ 如流體力 たいりょく 學 がく 的 てき 納 おさめ 維-斯托克 かつ 斯方程 ほど ,以及生物 せいぶつ 學 がく 的 てき 洛 らく 特 とく 卡-沃爾泰 やすし 拉 ひしげ 方 かた 程 ほど 。
解 かい 非 ひ 線 せん 性 せい 問題 もんだい 最大 さいだい 的 てき 難 なん 處 しょ 在 ざい 於找出 で 未 み 知的 ちてき 解 かい :一般 いっぱん 來 らい 說 せつ ,我 わが 們無法 ほう 用 よう 已 やめ 知的 ちてき 解 かい 來 らい 拼湊出 で 其他滿足 まんぞく 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 的 てき 未知 みち 解 かい ;而在線 せん 性的 せいてき 系統 けいとう 裡 うら ,卻可以利用 りよう 一 いち 組 くみ 線 せん 性 せい 獨立 どくりつ 的 てき 解 かい ,透過 とうか 疊 たたみ 加 か 原理 げんり 組合 くみあい 出 で 此系統的 けいとうてき 通 どおり 解 かい 。例 れい 如滿足 まんぞく 狄利克 かつ 雷 かみなり 邊 べ 界 かい 條件 じょうけん 的 てき 一 いち 維熱傳導 でんどう 問題 もんだい ,其解(時間 じかん 的 てき 函數 かんすう )可 か 以寫成 なり 許多 きょた 不同 ふどう 頻 しき 率 りつ 之 の 正弦 せいげん 函數 かんすう 的 てき 線 せん 性 せい 組合 くみあい ,而這也讓它的解 かい 很彈性 せい 、具有 ぐゆう 很大的 てき 變化 へんか 空間 くうかん 。通常 つうじょう 我 わが 們可以找到 いた 非 ひ 線 せん 性 せい 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 的 てき 特 とく 解 かい ,但 ただし 由 よし 於此時 じ 疊 たたみ 加 か 原理 げんり 並 なみ 不 ふ 適用 てきよう ,故 こ 無法 むほう 利用 りよう 這些特 とく 解 かい 來 らい 建 けん 構出其他新 しん 的 てき 解 かい 。
一 いち 階 かい 常微分 じょうびぶん 方 かた 程 ほど 常常 つねづね 可 か 以利用 りよう 分離 ぶんり 變數 へんすう 法 ほう 來 らい 解 かい ,特別 とくべつ 是 ぜ 自 じ 守 もり 方 かた 程 ほど
d
u
d
x
=
f
(
u
)
{\displaystyle {\frac {du}{dx}}=f(u)\,}
。
例 れい 如
d
u
d
x
=
−
u
2
{\displaystyle {\frac {du}{dx}}=-u^{2}\,}
這個方程式 ほうていしき 的 てき 通 どおり 解 かい 為 ため
u
=
1
x
+
C
{\displaystyle u={\frac {1}{x+C}}}
,特 とく 解 かい 為 ため u = 0(即 そく 通 どおり 解 かい 在 ざい C 趨近於無限 げん 大時 おおとき 的 てき 極限 きょくげん )。此方 こちら 程 ほど 是非 ぜひ 線 せん 性的 せいてき ,因 いん 為 ため 它可以被改 あらため 寫 うつし 為 ため
d
u
d
x
+
u
2
=
0
{\displaystyle {\frac {du}{dx}}+u^{2}=0\,}
,
而等號 ごう 左邊 さへん 並 なみ 不 ふ 是 ぜ u 的 まと 線 せん 性 せい 映 うつ 射 しゃ 。若 わか 把 わ 此式的 てき u 2 換 かわ 成 なり u ,則 のり 會 かい 變成 へんせい 線 せん 性 せい 方 かた 程 ほど (指数 しすう 衰 おとろえ 减 )。
二階和高階非線性常微分方程組的解幾乎無法表示成解析 かいせき 解 かい ,反 はん 而較常 つね 表 ひょう 為 ため 隐函数 すう 或 ある 非 ひ 初等 しょとう 函数 かんすう 積分 せきぶん 的 てき 形式 けいしき 。
分析 ぶんせき 常微分 じょうびぶん 方 かた 程 ほど 常用 じょうよう 的 てき 方法 ほうほう 包括 ほうかつ :
研究 けんきゅう 非 ひ 線 せん 性 せい 偏 へん 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 最 さい 常見 つねみ 也最基礎 きそ 的 てき 方法 ほうほう 就是變數 へんすう 變換 へんかん ,變換 へんかん 以後 いご 的 てき 方 かた 程 ほど 會 かい 較簡單 かんたん ,甚至有可 ゆか 能會 のうかい 變成 へんせい 線 せん 性 せい 方 かた 程 ほど 。有 ゆう 時候 じこう ,變數 へんすう 變換 へんかん 後 ご 的 てき 方 かた 程 ほど 可能 かのう 會 かい 變成 へんせい 一個或兩個以上的常微分方程(如同用 よう 分離 ぶんり 變數 へんすう 法 ほう 解 かい 偏 へん 微分 びぶん 方 かた 程 ほど ),不 ふ 管 かん 這些常微分 じょうびぶん 方 かた 程 ほど 可 か 不可解 ふかかい ,都 と 能 のう 幫助我 わが 們了解 りょうかい 這個系統 けいとう 的 てき 行為 こうい 。
另一個流體力學和熱力學裡常用的方法(但 ただし 數學 すうがく 性 せい 較低),是 ぜ 利用 りよう 尺度 しゃくど 分析 ぶんせき 來 らい 簡化一個較一般性的方程,使 つかい 它僅適用 てきよう 在 ざい 某 ぼう 個 こ 特定 とくてい 的 てき 邊 あたり 界 かい 條件 じょうけん 上 うえ 。例 れい 如,在 ざい 描述一個圓管內一維層流的暫態 時 とき ,我 わが 們可以把非 ひ 線 せん 性 せい 的 てき 納 おさめ 維-斯托克 かつ 斯方程 ほど 簡化成 かせい 一個線性偏微分方程;這時候 じこう 尺度 しゃくど 分析 ぶんせき 提供 ていきょう 了 りょう 兩個 りゃんこ 特定 とくてい 的 てき 邊 あたり 界 かい 條件 じょうけん :一 いち 維和 いわ 層 そう 流 りゅう 。
其他分析 ぶんせき 非 ひ 線 せん 性 せい 偏 へん 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 的 てき 方法 ほうほう 還 かえ 有 ゆう 特徵 とくちょう 線 せん 法 ほう ,以及上述 じょうじゅつ 分析 ぶんせき 常微分 じょうびぶん 方 かた 程 ほど 時 じ 常用 じょうよう 的 てき 方法 ほうほう 。
單 たん 擺(v 表示 ひょうじ 速度 そくど 向 むかい 量 りょう ;a 表示 ひょうじ 加速度 かそくど 向 むかい 量 りょう )
非 ひ 線 せん 性 せい 問題 もんだい 的 てき 一 いち 個 こ 典型 てんけい 的 てき 例 れい 子 こ ,就是重力 じゅうりょく 作用 さよう 之 の 下 した 單 たん 擺的 てき 運動 うんどう 。單 たん 擺的運動 うんどう 可 か 由 ゆかり 以下 いか 的 てき 方 かた 程 ほど 來 らい 描述(用 よう 拉 ひしげ 格 かく 朗 ろう 日 び 力學 りきがく 可 か 以證明 しょうめい [ 5] ):
d
2
θ しーた
d
t
2
+
sin
(
θ しーた
)
=
0
{\displaystyle {\frac {d^{2}\theta }{dt^{2}}}+\sin(\theta )=0\,}
。
這是一個非線性且無 む 因 いん 次 じ 的 まと 方 かた 程 ほど ,
θ しーた
{\displaystyle \theta }
是 ぜ 單 たん 擺和它靜止 せいし 位置 いち 所 しょ 夾的角度 かくど ,如動畫 が 所 しょ 示 しめせ 。此方 こちら 程 ほど 的 てき 一 いち 個 こ 解法 かいほう 是 ぜ 將 しょう
d
θ しーた
d
t
{\displaystyle {\frac {d\theta }{dt}}}
視 み 為 ため 積分 せきぶん 因子 いんし ,積分 せきぶん 以後 いご 得 とく
∫
d
θ しーた
C
0
+
2
cos
(
θ しーた
)
=
t
+
C
1
{\displaystyle \int {\frac {d\theta }{\sqrt {C_{0}+2\cos(\theta )}}}=t+C_{1}\,}
。
上述 じょうじゅつ 的 てき 解 かい 是 ぜ 隱 かくれ 解 かい 的 てき 形式 けいしき ,同時 どうじ 也包含 ほうがん 了 りょう 橢圓 だえん 積分 せきぶん 。這個解 かい 通常 つうじょう 沒 ぼつ 有 ゆう 什麼 いんも 用 よう ,因 いん 為 ため 非 ひ 初等 しょとう 函數 かんすう 積分 せきぶん (即 そく 使 つかい
C
0
=
0
{\displaystyle C_{0}=0}
仍然是非 ぜひ 初等 しょとう 函數 かんすう )把 わ 解 かい 的 てき 各種 かくしゅ 特性 とくせい 隱 かくれ 藏 ぞう 了 りょう 起 おこり 來 らい ,使 つかい 我 わが 們不易 ふえき 看 み 出 で 單 たん 擺系統 けいとう 的 てき 行為 こうい 。
另一個解法是把這個非線性方程作線性近似:利用 りよう 泰 たい 勒展開 てんかい 式 しき 將 はた 非 ひ 線 せん 性 せい 的 てき sine 函數 かんすう 線 せん 性 せい 化 か ,並 なみ 在 ざい 某 ぼう 些特定 とくてい 的 てき 點 てん 附近 ふきん 討論 とうろん 解 かい 的 てき 情 じょう 形 がた 。例 れい 如,若 わか 在 ざい
θ しーた
=
0
{\displaystyle \theta =0}
的 まと 點 てん 附 ふ 近作 きんさく 線 せん 性 せい 近似 きんじ (又 また 稱 たたえ 小 しょう 角度 かくど 近似 きんじ ),
θ しーた
≈
0
{\displaystyle \theta \approx 0}
時 とき ,
sin
(
θ しーた
)
≈
θ しーた
{\displaystyle \sin(\theta )\approx \theta }
,故 こ 原方 はらかた 程 ほど 可 か 以改寫 うつし 為 ため
d
2
θ しーた
d
t
2
+
θ しーた
=
0
{\displaystyle {\frac {d^{2}\theta }{dt^{2}}}+\theta =0\,}
。
近似 きんじ 後 ご 的 てき 方 かた 程 ほど 變成 へんせい 了 りょう 簡諧振盪 しんとう ,因 いん 此當單 たん 擺運動 うんどう 到 いた 底部 ていぶ 附近 ふきん 時 じ ,可 か 以對應 おう 到 いた 一 いち 個 こ 簡諧振子 ふりこ 。而若在 ざい
θ しーた
=
π ぱい
{\displaystyle \theta =\pi }
(即 そく 當 とう 單 たん 擺運動 うんどう 到 いた 圓弧 えんこ 的 てき 最高 さいこう 點 てん 時 じ )附 ふ 近作 きんさく 線 せん 性 せい 近似 きんじ ,
sin
(
θ しーた
)
=
sin
(
π ぱい
−
θ しーた
)
≈
π ぱい
−
θ しーた
{\displaystyle \sin(\theta )=\sin(\pi -\theta )\approx \pi -\theta }
,故 こ 原方 はらかた 程 ほど 可 か 以改寫 うつし 為 ため
d
2
θ しーた
d
t
2
+
π ぱい
−
θ しーた
=
0
{\displaystyle {\frac {d^{2}\theta }{dt^{2}}}+\pi -\theta =0\,}
。
這個方 かた 程 ほど 的 てき 解 かい 含有 がんゆう 雙 そう 曲 きょく 正弦 せいげん 函數 かんすう ,因 いん 此和小 しょう 角度 かくど 近似 きんじ 不同 ふどう ,這個近似 きんじ 是 ぜ 不穩 ふおん 定 じょう 的 てき ,也就是 ぜ 說 せつ
|
θ しーた
|
{\displaystyle |\theta |}
會 かい 無限 むげん 制 せい 地 ち 增加 ぞうか (但 ただし 此近似 きんじ 方 かた 程 ほど 的 てき 解 かい 也可能 かのう 是 ぜ 有界 ゆうかい 的 まと )。當 とう 我 わが 們把解 かい 對應 たいおう 回 かい 單 たん 擺系統 けいとう 後 ご ,就可以了解 りょうかい 為 ため 什麼 いんも 單 たん 擺在圓弧 えんこ 的 てき 最高 さいこう 點 てん 時 じ 不能 ふのう 達 たち 到 いた 穩定平衡 へいこう ,也就是 ぜ 說 せつ ,單 たん 擺在最高 さいこう 點 てん 時 じ 是 ぜ 不穩 ふおん 定 じょう 的 てき 狀態 じょうたい 。
另一個有趣的線性近似是在
θ しーた
=
π ぱい
2
{\displaystyle \theta ={\frac {\pi }{2}}}
附近 ふきん ,此時
sin
(
θ しーた
)
≈
1
{\displaystyle \sin(\theta )\approx 1}
,故 こ 原方 はらかた 程 ほど 可 か 以改寫 うつし 為 ため
d
2
θ しーた
d
t
2
+
1
=
0
{\displaystyle {\frac {d^{2}\theta }{dt^{2}}}+1=0\,}
,
這個近似 きんじ 後 ご 的 てき 方 かた 程 ほど 可 か 以對應 おう 到 いた 自由 じゆう 落體 らくたい 。
若 わか 把 わ 以上 いじょう 線 せん 性 せい 近似 きんじ 的 てき 結果 けっか 合 ごう 在 ざい 一 いち 起 おこり 看 み ,就能大 だい 致了解 りょうかい 單 たん 擺的運動 うんどう 情 じょう 形 がた 。利用 りよう 其他解 かい 非 ひ 線 せん 性 せい 微分 びぶん 方 かた 程 ほど 的 てき 方法 ほうほう ,可 か 以進一步幫助我們找到更精確的相 そう 圖 ず ,或 ある 是 ぜ 估算單 たん 擺的週 しゅう 期 き 。
非 ひ 線 せん 性 せい 表現 ひょうげん (列 れつ 舉)[ 编辑 ]
古典 こてん 混沌 こんとん (和 かず 量子 りょうこ 混沌 こんとん 相對 そうたい )—— 指 ゆび 系統 けいとう 裡 うら 無法 むほう 預 あずか 測 はか 的 てき 行為 こうい 。
多 た 穩態 —— 指 ゆび 系統 けいとう 在 ざい 兩個 りゃんこ 或 ある 多 た 個 こ 互斥的 てき 狀態 じょうたい 之 の 間 あいだ 切 せつ 換 かわ 。
非 ひ 周期 しゅうき 振盪 しんとう —— 指 ゆび 一個函數在任何周期上都不會固定重複其函數值(也稱作 さく 混沌 こんとん 振盪 しんとう )。
振幅 しんぷく 死亡 しぼう —— 指 ゆび 系統 けいとう 內的某 ぼう 振盪 しんとう 因 いん 系統 けいとう 的 てき 自 じ 回 かい 饋或 ある 受其他 た 系統 けいとう 影響 えいきょう 而停止 ていし 的 てき 現象 げんしょう 。
孤 こ 波 は —— 指 ゆび 行進 こうしん 中 ちゅう 能 のう 自我 じが 增強 ぞうきょう 而不消散 しょうさん 的 てき 孤立 こりつ 波 は 。