การแตกแขนงแบบอานม้า
ใน สาขา คณิตศาสตร์ของทฤษฎีการแยกสาขาการแยกสาขา แบบอานม้า การแยกสาขาแบบสัมผัสหรือการแยกสาขาแบบพับคือการแยกสาขาเฉพาะที่ซึ่งจุดคงที่ สองจุด (หรือสมดุล ) ของระบบพลวัตชนกันและทำลายล้างซึ่งกันและกัน คำว่า 'การแยกสาขาแบบอานม้า' มักใช้ในการอ้างอิงถึงระบบพลวัตแบบต่อเนื่อง ในระบบพลวัตแบบไม่ต่อเนื่อง การแยกสาขาเดียวกันนี้มักเรียกว่าการแยกสาขาแบบพับ แทน อีกชื่อหนึ่งคือการแยกสาขาแบบท้องฟ้าสีฟ้าซึ่งหมายถึงการสร้างจุดคงที่สองจุดอย่างกะทันหัน[ 1 ]
ถ้าปริภูมิเฟสมีมิติเดียว จุดสมดุลจุดหนึ่งจะไม่มีเสถียรภาพ (จุดอานม้า) ในขณะที่อีกจุดหนึ่งจะมีเสถียรภาพ (จุดโหนด)
การแตกแขนงแบบอานม้าอาจเกี่ยวข้องกับวงจรฮิสเทอรีซิสและหายนะได้
รูปแบบปกติ
ตัวอย่างทั่วไปของสมการเชิงอนุพันธ์ที่มีการแตกแขนงแบบอานม้า (saddle-node bifurcation) คือ:
นี่คือตัวแปรสถานะ และนี่คือพารามิเตอร์การแยกสาขา
- ถ้ามีจุดสมดุลสองจุด จุดสมดุลเสถียรอยู่ที่และจุดสมดุลไม่เสถียรอยู่ที่
- ณจุดแยกสาขา (bifurcation point) จะมีจุดสมดุลเพียงจุดเดียว ณ จุดนี้ จุดคงที่นั้นจะไม่ใช่จุดไฮเปอร์โบลิก อีกต่อไป ในกรณีนี้ จุดคงที่นั้นเรียกว่า จุดคงที่แบบอานม้า (saddle-node fixed point)
- หากไม่มีจุดสมดุล[ 2 ]
อันที่จริง นี่เป็นรูปแบบปกติของการแยกสาขาแบบอานม้า สมการเชิงอนุพันธ์สเกลาร์ที่มีจุดคงที่ที่ สำหรับโดยที่เทียบเท่ากับ โทโพโลยีเฉพาะที่ กับ โดย มีเงื่อนไขว่าต้องเป็นไปตามและเงื่อนไขแรกคือเงื่อนไขการไม่เสื่อมสภาพ และเงื่อนไขที่สองคือเงื่อนไขการข้ามผ่าน[ 3 ]
ตัวอย่างในสองมิติ

ตัวอย่างของการแตกแขนงแบบอานม้าในสองมิติเกิดขึ้นในระบบพลวัตสองมิติ:
ดังที่เห็นได้จากภาพเคลื่อนไหวที่ได้จากการสร้างภาพพอร์ตเฟสโดยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์
- เมื่อค่าเป็นลบ จะไม่มีจุดสมดุล
- เมื่อนั้นจะมีจุดอานม้าอยู่
- เมื่อมีค่าเป็นบวก จะมีจุดสมดุลสองจุด ได้แก่จุดอานม้า หนึ่งจุด และจุดบัพหนึ่งจุด (ซึ่งอาจเป็นจุดดึงดูดหรือจุดผลักดัน)
ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ การสร้างแบบจำลองสวิตช์ทางชีวภาพ[ 4 ]เมื่อเร็วๆ นี้ พบว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ สมการสนามของไอน์สไตน์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีรูปแบบเดียวกับการแยกสาขาแบบพับ[ 5 ]นอกจากนี้ยังมีการศึกษาการแยกสาขาแบบอานม้า-โหนดเวอร์ชันที่ไม่ขึ้นกับเวลา (กล่าวคือ พารามิเตอร์ขึ้นอยู่กับเวลา) [ 6 ]
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ^ Strogatz 1994 , หน้า 47.
- ^คุซเนตซอฟ 1998 , หน้า 80–81.
- ^ Kuznetsov 1998ทฤษฎีบท 3.1 และ 3.2
- ^ Chong, Ket Hing; Samarasinghe, Sandhya ; Kulasiri, Don; Zheng, Jie (2015). เทคนิคการคำนวณในการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของสวิตช์ทางชีวภาพการประชุมนานาชาติว่าด้วยการสร้างแบบจำลองและการจำลอง ครั้งที่ 21 hdl : 10220/42793 .
- ^ Kohli, Ikjyot Singh; Haslam, Michael C (2018). "สมการสนามของไอน์สไตน์ในฐานะการแยกสาขาแบบพับ". Journal of Geometry and Physics . 123 : 434– 7. arXiv : 1607.05300 . Bibcode : 2018JGP...123..434K . doi : 10.1016/j.geomphys.2017.10.001 . S2CID 119196982 .
- ^ Li, Jeremiah H.; Ye, Felix X. -F.; Qian, Hong; Huang, Sui (2019-08-01). "การแยกสาขาแบบอานม้า-โหนดที่ขึ้นอยู่กับเวลา: เวลาแตกหักและจุดที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในแบบจำลองที่ไม่เป็นอิสระของการเปลี่ยนผ่านวิกฤต" . Physica D: Nonlinear Phenomena . 395 : 7– 14. arXiv : 1611.09542 . Bibcode : 2019PhyD..395....7L . doi : 10.1016/j.physd.2019.02.005 . ISSN 0167-2789 . PMC 6836434 . PMID 31700198 .