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今日のアニソン、「少女終末旅行」から『瞳ニ映ル景色』 [今日のアニソン]
ロジスティック方程式の数値解法2 [数値解析]
ロジスティック方程式の数値解法2
一般のロジスティック方程式は
である。
これから、
という差分方程式が得られる。
ここで、
とおくと、差分方程式(2)は
になる。
とおくと、(3)式は
になる。
さて、a>0、f(x)の定義域を[0,1]とすると、
だから、f(x)はx=1/2のときに最大値a/4を取ることがわかる。
したがって、0≦a≦1/4ならば、fは[0,1]から[0,1]への写像になる。
これをロジスティック写像と呼ぶ。
ロジスティック写像の不動点をxとすると、
となるので、不動点はである。
x₀=0、1のときは、漸化式(3)より、
そこで、0<x₀<1とすると、0<a≦1のとき、n≧1に対して
になる。
数値計算の話なので、結論だけを言うと、
漸化式(3)で得られるは、n→∞のとき、
に収束し、3<a≦4のとき、収束しないことが知られている。
論より証拠ということで、x₀=0.6、a=0.9として、表計算ソフトで計算した結果は次の通り。
x₀=0.6、a=2のときの計算結果は次の通り。
0<a≦3のときの分岐図を以下に示す。横軸にはa、縦軸にはの極限値をとっている。
この図を見ると、a=1で極限値xが0から1−1/aに分岐(?)していることがわかるだろう。
――a=3付近での収束は非常に遅い!!――
2≦a≦4の場合の分岐図は、次の通り。
3<a≦1+√6では、ある2つの値を交互に取るような振る舞いをする。
さらに、1+√6≦a≦約3.57では、aの増加に伴い、4、8、16・・・と分岐してゆく。
そして、約3.57<a≦4ではカオス的になることが知られている。
ついでに、書いただけだにゃ。
ネムネコは、ただのネコだから、カオス理論、フラクタルや力学的不安定といった話は知らないケロ。
だから、これ以上の話を知りたいヒトは、カオス理論の本を買って勉強するなり、ウィキペディアの次の記事などを読むといいと思うにゃ。
(非線形方程式の)力学的不安定の話に関しては、きっと、ddt³さんがしてくれるんじゃないか(^^ゞ
期待しているケロ!!