位相空間における平衡点間の経路
振り子 方程式 x ″ + sin x = 0 の 位相 図 。強調表示された曲線は、 ( x , x ′) = (–π, 0)から ( x , x ′) = (π, 0) までのヘテロクリニック軌道 を示しています。この軌道は、(剛体)振り子が直立した状態から始まり、最低位置を 1 回転して、再び直立した状態に戻ります。
数学 において、 力学系 の 位相図 において 、 ヘテロクリニック軌道( ヘテロクリニック接続 とも呼ばれる)は、 位相空間内で 2 つの異なる 平衡点 を結ぶ 経路である 。軌道の始点と終点の平衡点が同じ場合、その軌道は ホモクリニック軌道 である。
常微分方程式
によって記述される連続的な動的システムを考えてみましょう。
に平衡があるとします。両方の 極限 が満たされる
場合、 解は から へのヘテロクリニック軌道です。
x
˙
=
ふ
(
x
)
。
{\displaystyle {\dot {x}}=f(x).}
x
=
x
0
、
x
1
。
{\displaystyle x=x_{0},x_{1}.}
ϕ
(
t
)
{\displaystyle \phi (t)}
x
0
{\displaystyle x_{0}}
x
1
{\displaystyle x_{1}}
ϕ
(
t
)
→
x
0
として
t
→
−
∞
、
ϕ
(
t
)
→
x
1
として
t
→
+
∞
。
{\displaystyle {\begin{array}{rcl}\phi (t)\rightarrow x_{0}&{\text{as}}&t\rightarrow -\infty ,\\[4pt]\phi (t)\rightarrow x_{1}&{\text{as}}&t\rightarrow +\infty .\end{array}}}
これは、軌道が の 安定多様体 と の 不安定多様 体に含まれていることを意味します。
x
1
{\displaystyle x_{1}}
x
0
{\displaystyle x_{0}}
象徴的なダイナミクス
マルコフ分割 を 使用することで、 双曲系 の長期的挙動を 記号力学 の手法で研究することができます 。この場合、ヘテロクリニック軌道は特に単純で明確な表現を持ちます。 が M 個の記号の 有限集合 であると仮定します。点 x の力学は、 記号の
双無限列 によって表されます。
S
=
{
1
、
2
、
…
、
ま
}
{\displaystyle S=\{1,2,\ldots ,M\}}
σ
=
{
(
…
、
s
−
1
、
s
0
、
s
1
、
…
)
:
s
け
∈
S
∀
け
∈
ず
}
{\displaystyle \sigma =\{(\ldots ,s_{-1},s_{0},s_{1},\ldots ):s_{k}\in S\;\forall k\in \mathbb {Z} \}}
システムの周期点は 、 単に文字の繰り返しの列です。ヘテロクリニック軌道は、2つの異なる周期軌道を結合したものです。次のように記述できます。
p
ω
s
1
s
2
⋯
s
ん
q
ω
{\displaystyle p^{\omega }s_{1}s_{2}\cdots s_{n}q^{\omega }}
ここで は長さ k の記号列 (もちろん )であり、 は長さ m の別の記号列 (同じく )である。この表記は単に p の無限回の繰り返しを表す 。したがって、ヘテロクリニック軌道は、ある周期軌道から別の周期軌道への遷移として理解できる。対照的に、 ホモクリニック軌道は 次のように書ける。
p
=
t
1
t
2
⋯
t
け
{\displaystyle p=t_{1}t_{2}\cdots t_{k}}
t
私
∈
S
{\displaystyle t_{i}\in S}
q
=
r
1
r
2
⋯
r
メートル
{\displaystyle q=r_{1}r_{2}\cdots r_{m}}
r
私
∈
S
{\displaystyle r_{i}\in S}
p
ω
{\displaystyle p^{\omega}}
p
ω
s
1
s
2
⋯
s
ん
p
ω
{\displaystyle p^{\omega }s_{1}s_{2}\cdots s_{n}p^{\omega }}
中間シーケンスは 空ではなく、もちろん p でもありません。そうでない場合、軌道は単に になります 。
s
1
s
2
⋯
s
ん
{\displaystyle s_{1}s_{2}\cdots s_{n}}
p
ω
{\displaystyle p^{\omega}}
参照
参考文献