Niet lineaire stelsels differentiaalvergelijkingen en stabiliteit. Lorenz-attractor

Vergelijkbare documenten
Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

x(t + T ) = x(t) Voorbeeld 1. Beschouw het niet-lineaire autonome stelsel . (1) y x + y y(x 2 + y 2 )

Hoofdstuk 9: Niet-lineaire differentiaalvergelijkingen en stabiliteit

Stelsels lineaire differentiaalvergelijkingen (homogeen)

Wiskunde y en Theoretische Biologie, 12 april Naam: Collegekaartnummer: Vraag 1

maplev 2010/9/8 17:01 page 349 #351

Modellen en Simulatie Stelsels Dvg

Oefeningentoets Differentiaalvergelijkingen, deel 1 dinsdag 6 november 2018 in lokaal 200M van 16:00 tot 18:00u

Modellen en Simulatie Stelsels Dvg

Algebra groep 2 & 3: Standaardtechnieken kwadratische functies

WISB134 Modellen & Simulatie. Lecture 5 - Scalaire recursies (deel 2)

x 1 (t) = ve rt = (a + ib) e (λ+iµ)t = (a + ib) e λt (cos µt + i sin µt) x 2 (t) = ve rt = e λt (a cos µt b sin µt) ie λt (a sin µt + b cos µt).

6.0 Voorkennis [1] Algemeen: u n = u n-1 + u n-2 met u 0 = 1 en u 1 = 1. Bereken de 12 de term van deze rij

Uitwerkingen Tentamen Gewone Differentiaalvergelijkingen

Technische Universiteit Delft. ANTWOORDEN van Tentamen Gewone differentiaalvergelijkingen, TW2030 Vrijdag 30 januari 2015,

Tentamen Modellen en Simulatie (WISB134)

OF (vermits y = dy. dx ) P (x, y) dy + Q(x, y) dx = 0

Tentamen Modellen en Simulatie (WISB134)

Antwoorden. 1. Rekenen met complexe getallen

WISB134 Modellen & Simulatie. Lecture 11 - Dynamica van lineaire differentiaalvergelijkingen in twee dimensies

Complexe eigenwaarden

Hoofdstuk 1: Inleiding

Monitoraatssessie Wiskunde

Notatie Voor een functie y = y(t) schrijven we. Definitie Een differentiaalvergelijking is een vergelijking van de vorm

Tentamen Simulaties van biochemische systemen - 8C110 3 juli uur

1. Gegeven een Lineair Stationair Systeem in continue-tijd. Als aan het systeem het ingangssignaal

Tentamen Simulaties van biochemische systemen - 8C110 8 April uur

Modelleren 1A, TW1050-A

Modellen en Simulatie Differentiaalvergelijkingen. Modellen en Simulatie. sleij101/ Program.

Tentamen Simulaties van biochemische systemen - 8C110 9 April uur

Tentamen Simulaties van Biochemische Systemen - 8C110 en 8CB19 4 Juli uur

2 de Bachelor IR 2 de Bachelor Fysica

Hoofdstuk 7: Stelsels eerste orde lineaire differentiaalvergelijkingen

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2018 theorietoets deel 1

Tentamen Simulaties van biochemische systemen - 8C Juni uur

Inleiding Wiskundige Systeemtheorie

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

Tentamen Simulaties van biochemische systemen - 8C April uur

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2014 theorietoets deel 1

Weersvoorspelling. Martijn en Kees 30 mei 2013

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Niet-lineaire bewegingen in de natuur

Dit tentamen bestaat uit vier opgaven. Iedere opgave bestaat uit meerdere onderdelen. Ieder onderdeel is zes punten waard.

Examen VWO. wiskunde B1,2

Het tentamen heeft 25 onderdelen. Met ieder onderdeel kan maximaal 2 punten verdiend worden.

Opgave 1: Iteratiediagram

Verbanden en functies

Hertentamen Calculus 1 voor MST, 4051CALC1Y vrijdag 7 november 2014; uur

Aanvullingen van de Wiskunde / Partiële Differentiaalvergelijkingen

TRILLINGEN EN GOLVEN HANDOUT FOURIER

Technische Universiteit Delft Uitwerking Tentamen Analyse 3, WI 2601 Maandag 11 januari 2010,

Resultaten IJkingstoets Bio-ingenieur 1 september Nummer vragenreeks: 1

Definitie van raaklijn aan cirkel: Stelling van raaklijn aan cirkel:

7.1 Ongelijkheden [1]

Stochastiek 2. Inleiding in de Mathematische Statistiek 1 / 18

TENTAMEN DYNAMICA (140302) 29 januari 2010, 9:00-12:30

De dynamica van een hertenpopulatie. Verslag 1 Modellen en Simulatie

Tentamen Statistische Thermodynamica MST 19/6/2014

Bekijk nog een keer het stelsel van twee vergelijkingen met twee onbekenden x en y: { De tweede vergelijking van de eerste aftrekken geeft:

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 29 januari 2009 van 14:00 tot 17:00 uur

34 HOOFDSTUK 1. EERSTE ORDE DIFFERENTIAALVERGELIJKINGEN

11.3. Inhomogene randwaardeproblemen. We beschouwen eerst inhomogene Sturm- Liouville randwaardeproblemen van de vorm :

ONBETWIST ONderwijs verbeteren met WISkunde Toetsen Voorbeeldtoetsen Lineaire Algebra Deliverable 3.10 Henk van der Kooij ONBETWIST Deliverable 3.

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB januari 2013, uur

Hoofdstuk 3 Het wortellijnendiagram

****** Deel theorie. Opgave 1

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Analyse van eenvoudige tumor-groei modellen

Bij alle verbanden geldt dat je, als je een negatief getal in een formule invult, je altijd haakjes om dat getal moet zetten.

Classificatie van algebraïsche oppervlakken die invariant zijn onder S 3. door Ruben Meuwese

1 Eigenwaarden en eigenvectoren

Tentamen QCB juni 2007, 9:00-12:00 uur, A. van der Avoird

Tentamen Fundamentals of Deformation and Linear Elasticity (4A450)

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Lineaire Algebra voor ST (2DS06) op , uur.

Examen VWO. Wiskunde B Profi

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 31 januari 2008 van 9:00 tot 12:00 uur

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2013 theorietoets deel 1

In dit college bekijken we een aantal technieken om integralen te bepalen van trigonometrische functies en van rationale functies.

Modellen en Simulatie Recursies

Paragraaf 5.1 : Machten en wortels

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Uitwerking van het tentamen Inleiding Signalen (2Y490) op 15 augustus 2003

Uitwerking Tentamen Klassieke Mechanica I Dinsdag 10 juni 2003

OOFDSTUK 8 9/1/2009. Deze toets bestaat uit 3 opgaven (31 punten). Gebruik eigen grafische rekenmachine en BINAS toegestaan. Veel succes!

12 Bewijzen in de vlakke meetkunde

Begripsvragen: Elektrisch veld

Schriftelijke zitting Regeltechniek (WB2207) 3 november 2011 van 9:00 tot 12:00 uur

EXAMEN VOORBEREIDEND WETENSCHAPPELUK ONDERWIJS IN 1979 , I. Dit examen bestaat uit 4 opgaven. " '"of) r.. I r. ',' t, J I i I.

Tentamen CT3109 CONSTRUCTIEMECHANICA april 2012, 09:00 12:00 uur

5 Lineaire differentiaalvergelijkingen

XXX INTERNATIONALE NATUURKUNDE OLYMPIADE PADUA, ITALIË PRACTICUM-TOETS

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Tentamen wi2140tnw Differentiaalvergelijkingen september 2004 (1)

Willem van Ravenstein 2007

Doe de noodzakelijke berekeningen met de hand; gebruik Maple ter controle.

Toepassingen op differentievergelijkingen

Wiskundige Technieken

4051CALC1Y Calculus 1

WISB134 Modellen & Simulatie. Lecture 4 - Scalaire recursies

Voorbehouden voor de correctoren Vraag 1 Vraag 2 Vraag 3 Vraag 4 Vraag 5 Totaal. Toets Kansrekenen I. 28 maart 2014

VU University Amsterdam 2018, Maart 27

Transcriptie:

Niet lineaire stelsels differentiaalvergelijkingen en stabiliteit Lorenz-attractor

Vraag Gegeven zijn een stelsel differentiaalvergelijkingen: = F (x, y) (1) = G(x, y) met als kritiek punt (x 0, y 0) en gelineariseerd stelsel vergelijkingen: = (x0, y0) [ y x x0 F F (x0, y0) x G G (x0, y0) (x0, y0) x y }{{} A y y 0 ] (2) Wat is de relatie tussen het type en de stabiliteit van (x 0, y 0) als kritiek punt van (2) en als kritiek punt van (1)? 23 september 2016 1

Meestal zijn die gelijk maar dat hoeft niet zo te zijn. Als de discriminant van het karakeristieke polynoom van A gelijk is aan 0 (discr(p A (r) = 0)) dan kan het kritieke punt (x 0, y 0 ) van (2) een instabiele knoop zijn en van (1) een instabiele knoop of een instabiel spiraalpunt of van (2) een asymptotisch stabiele knoop en van (1) een asymptotisch stabiele knoop of een asymptotisch stabiel spiraalpunt. Als A twee zuiver imaginaire eigenwaarden heeft dan is (x 0, y 0 ) van (2) een stabiel centrumpunt en van (1) een centrumpunt of spiraalpunt waarbij de stabiliteit onbepaald is. 23 september 2016 2

Let eens op de roodgekleurde parabool en lijn! 23 september 2016 3

Beschrijving van diverse modellen Definitie Een model dat de groei van het aantal konijnen (x) in een weiland beschrijft is: Definitie = ax(1 x K x ) a, K x > 0 Een model dat de groei van concurerende diersoorten (x en y) beschrijft is: = ax(1 x K x ) cxy a, c, K x > 0 = by(1 y K y ) y b, d, K y > 0 23 september 2016 4

Definitie Een roofdier-prooimodel (Lotka-Volterra) die de interactie tussen prooidieren en roofdieren (x en y) beschrijft is: = x(a αy) a, α > 0 = y( c + γx) c, γ > 0 23 september 2016 5

Opgave 9.5, opgave 1 Een roofdier-prooimodel (Lotka-Volterra) die de interactie tussen prooidieren en roofdieren (x en y) beschrijft is: = x(2 0.5y) = y( 0.5 + x) (a) Teken het richtingsveld en beschrijf hoe de oplossingen zich lijken te gedragen. (b) Bepaal de kritieke punten. 23 september 2016 6

Opgave = x(2 0.5y) = y( 0.5 + x) (c) Bepaal bij ieder kritiek punt het lineaire stelsel differentiaalvergelijkingen en klassificeer hun typen en stabiliteit. (d) Schets de banen in de buurt van ieder kritiek punt. (e) Teken het fasevlak bij het stelsel. (f) Bepaal het limietgedrag van x en y als t en interpreteer de resultaten in termen van de populatie van de twee soorten. 23 september 2016 7

Definitie De beschrijving van een trilling (oscillator) met een niet-constante demping (weerstand) (van der Pol vergelijking): d 2 x 2 µ(1 x 2 ) + x = 0 (µ 0) Of omgeschreven als een stelsel met y = : = y = x + µ(1 x 2 )y µ 0 23 september 2016 8

De van der Pol-vergelijking is voortgevloeid uit onderzoek dat werd verricht aan het Philips Natuurkundig Laboratorium. Deze niet-lineaire differentiaalvergelijking heeft vele toepassingsgebieden gevonden buiten de elektronamica, zoals in de plasmafysica. Deze vergelijking is een begrip in de theorie over natuurkundige trillingsverschijnselen en in de chaostheorie. Zie ook: https://nl.wikipedia.org/wiki/van der Pol-vergelijking Figuur: Balthasar van der Pol (1889-1959) 23 september 2016 9

Definitie Een model voor convectiestromingen in de lucht (Lorenz vergelijkingen): dz = σ( x + y) σ > 0 = rx y xz r > 0 = bz + xy b > 0 Het betreft hier een zeer vereenvoudigde versie van deze vergelijkingen. De variabele x is gerelateerd aan de intensiteit van de luchtstroming en de variabelen y en z zijn gerelateerd aan de veranderingen van de temperatuur in horizontale en verticale richting. 23 september 2016 10

Lorenz-attractor zoals getekend door Lorenz 23 september 2016 11

Zie ook: https://nl.wikipedia.org/wiki/edward Lorenz en bijvoorbeeld: https://en.wikipedia.org/wiki/lorenz system Figuur: Edward N. Lorenz (1917-2008) 23 september 2016 12