研究在一帶參數的動力體系中平衡態隨參數變化時個數發生變化的現象,特別是平衡態由一個分裂為二個或多個的現象。近年來由於實際問題中不斷湧現出大量的分歧問題,也由於在理論上建立瞭較系統地處理這類問題的方法而發展成為一個獨立的數學研究方向。
自然界廣泛出現分歧現象。例如,沿軸向加壓的彈性圓柱桿(圖1
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旋轉流體隨角速度增大,由水平層流分裂為泰勒旋渦以及更復雜的周期、雙周期結構;水平傳導板之間隨溫差之增大,由熱傳導分裂出熱對流;化學反應中,隨濃度之增大,溫度分佈出現多重平衡態;以及氫氣的自燃、雙星的裂變等等都是分歧現象。
在數學上,用算子方程
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分歧的數學理論主要研究以下幾個問題:①一點成為分歧點的充分必要條件;②在分歧點附近,解集的構造;③對分歧點局部的瞭解能否導出有關解集的整體性結論。
由隱函數定理可知,若(θ,λ0)是分歧點,則必須偏導數Fx(θ,λ0)是奇異的。但它不是一個充分條件。在一些特殊情況下,可以利用線性化算子Fx(θ,λ0)的譜來作判斷,然而常用的辦法是通過有窮維約化手續(李亞普諾夫-施密特手續或中心流形理論)將(1)約化為有窮維方程組,再利用各種特定條件把這有窮維方程組在(θ,λ0) 鄰近的解集行為歸結到相應的截斷泰勒展開式去研究。例如,若這約化後的方程在(x,λ0)=(θ,0)附近呈下列形式:
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有許多情況約化方程組不能歸結到相應的泰勒展開式,這在退化階數高而參數空間維數不夠的時候經常發生。此時往往要利用約化方程的特性去獲得有關分歧曲面的知識。
從分歧點的局部性態不容易獲得解集的整體性質。這方面人們知道得很少。P.H.拉賓諾維茨利用拓撲度方法討論瞭從奇數重特征值分歧出的連通分支在整體上的幾種可能性,它被應用於討論非線性斯圖姆-劉維爾問題解的個數。例如,
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因為分歧問題來自動力體系中平衡態個數的變化,在物理上,人們關心哪個平衡態是穩定的,所以經常要討論分歧前後解的穩定性。在微分方程中平衡態通常表現為平衡點、周期軌道、擬周期軌道或異常軌道。從平衡點分歧出周期軌道的分支稱為霍普夫分支。