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跨临界分岔

/transcritical bifurcation/
条目作者纪鹏

纪鹏

最后更新 2022-12-23
浏览 210
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分岔理论中的一种特殊局域分岔。

英文名称
transcritical bifurcation
所属学科
系统科学

在分岔理论中,跨临界分岔属于一种特殊的局域分岔。其特殊性体现对控制参数的所有值,系统都存在一固定点并不会被破坏。然而,随着参数的变化,当控制参数达到某些临界值时,该固定点的稳定性将与另外一个固定点的稳定性相互交换。换句话说,在控制参数达到临界值之前和之后,都有一个不稳定的固定点和稳定的固定点,但是当稳定的固定点和不稳定的固定点相碰撞时,稳定性将被交换,不稳定的固定点将变成稳定的固定点,稳定的固定点将变成不稳定的固定点。

跨临界分岔是描述稳定性变化的一种标准机制,可以有很多的实际应用。例如,在物种分布模型中,无论一物种繁殖率是多少,该物种消亡的可能性一直存在。但该物种消亡的概率会随着物种参数的变化而不同。

跨临界分岔可以用以下方程来诠释:


该方程和经典的逻辑斯蒂方程相似,但为了方便描述该分岔,变量和参数的符号均可正可负。即使改变参数,该方程固定点为零的情况一直存在,其平衡态的稳定性由雅可比矩阵的特征值特性来决定。

当参数时,有一鞍点在和一稳定固定点在零点,随着的增加,该鞍点趋向于零点;当时,鞍点和零点合二为一;当时,之前稳定的零点变为非稳定的,鞍点变为稳定的,从而两个固定点的稳定性实现相互交换。参数作为一种独立变量,两个固定点均为的函数。

值得注意的是跨临界分岔和鞍结分岔之间的区别:与鞍结分岔不同,在跨临界分岔中,两个固定点一直存在,但在分岔点之后两者之间的稳定性相互交换。

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