Изображение на весь экран - нажать клавишу F11
 
Логистическое уравнение и динамический хаос
 
Пьер-Франсуа Ферхюльст
Pierre François Verhulst


 

Годы жизни:

1804-1849

сэр Роберт Мэй
Sir Robert May

Портрет биолога сэра Роберта Мэя доступен только при работе в сети Интернет (в силу лицензионных ограничений).
 

Год рождения:

1936

 
 


 
 
 

Биолог Роберт Мэй писал: "...я настоятельно советую, чтобы люди знакомились с логистическим уравнением на раннем этапе своего обучения математике. Такое изучение очень обогащало бы интуитивные знания учащегося о нелинейных системах. Для всех нас было бы лучше, если бы не только в научной работе, но и в повседневной политической и экономической жизни как можно больше людей поняло, что простые нелинейные системы не всегда обладают простыми динамическими свойствами".

Определение логистического отображения

Логистическое отображение описывает следующий итерационный процесс:
xn+1 = f (xn , r),  где  f (x) =r x (1-x).

Здесь переменная  x  представляет число особей на изолированной территории, деленное на максимальное число особей, которых эта территория способна прокормить. (В таких единицах максимальное число животных равно 1). Таким образом, количество имеющейся пищи пропорционально величине 1-x. Иначе говоря, по мере того, как число животных приближается к максимуму (то есть 1), количество пищи, постоянно сокращаясь, приближается к нулю.
Здесь параметр  r  аналогичен описанному коэффициенту прироста, а переменная  x  принимает значения из промежутка  [0,1],  то есть масштабирована с помощью деления на максимальное число особей.
 

О логистическом уравнении вы можете прочитать в статьях Н.Б. Ампиловой: "Знакомство с фракталами" и "Компьютерное моделирование хаоса в сложных динамических системах"). Статьи опубликованы в журнале "Компьютерные инструменты в образовании". Их также можно найти через Единое Окно Доступа к Образовательным ресурсам: 1, 2.
 
Задания

1) Наблюдая внимательно за анимацией на графике справа, обратите внимание на тот момент, когда процесс становится расходящимся; как это проявляется на графике?

2) Решите уравнение  x = rx(1-x)  и выразите абсциссы точек пересечения параболы и прямой, изображённых на рисунке, через  r.

3) Найдите производную функции (см. раздел...)  f (x) = rx(1-x)  и определите, при каких условиях на  r  коэффициент наклона параболы в точке пересечения с прямой меньше  1  по абсолютной величине.

4) Сравните результаты выполнения пункта 3 и наблюдений, сделанных при ответе на пункт 1.

5) Интерпретируйте результаты предыдущего пункта на графике слева; сделайте копии экрана в тот момент, когда  r  примерно равно 3,3 и 3,5. Объясните особенности графика на правом рисунке для этих значений по графику на левом рисунке.

 
<< назад               вперед >>
В оглавление