几何的思维方式
1.将微分方程表示成向量场
比如上图的例子中,x'=0的点称为不动点,黑色实心点称为稳定的不动点,空心点称为不稳定的不动点。在图中的速度场中,我们可以非常轻松的回答定性的问题如:给定初始点x0,当t趋于无穷的时候,x趋于哪里。(趋于附近的稳定不动点)
注:还有半稳定点
2.线性稳定性分析(Linearization)
idea:在固定点(fixed point)x处做泰勒展开,忽略超过一阶的项,得到小扰动η和f'(x)的关系
(从应用或者说工程师的角度出发,本课程往往就假设在我们需要做泰勒展开分析的时候,函数是足够光滑的,我们不去严格的讨论光滑相关的性质是否有。)
遇到f'(x*)=0的情况时,画出图即可。
这在一维的时候看起来是显然的,在高维中我们也会使用这个技巧。(idea:从低维到高维)
注:x' = f(x)解的存在和唯一性定理
3.振动的不可能性(Impossibility of oscillations)
直观证明:如果在某点存在振动,意味着该点的速度向量是不确定的,一会儿为正一会儿为负,这与一维系统中函数f(x)的单值性矛盾。