在动力系统中,为什么物体速度的周期性很重要的一个很好的理由是什么?

计算科学 优化 matlab 数值建模
2021-11-28 20:32:50

我正在研究动力系统中的周期性运动,作为一个新手,我狭隘地认为一个物体在其空间 xy 坐标中的周期性,但是为什么它的速度 xdot 和 ydot 中存在周期性也很重要,这可能是一个很好的理由? 我倾向于认为只要物体的空间 x 和 y 坐标重复,我们就有很好的时间周期行为,但我通常不认为物体的速度重复是任何重要的或追求的东西。

也欢迎任何参考资料(书籍/论文)。

谢谢,

2个回答

想象一个沿着螺旋运动的物体——比如说,一个在均匀磁场中运动的电子。它的位置不是周期性的(它永远不会回到原来的位置),但它的速度是周期性的。因此,观察速度的周期性会告诉我们一些我们仅通过观察位置所不知道的东西。

如果某个速度分量是周期性的τ这意味着对应的坐标作为时间的函数,是具有相同周期的线性函数和周期函数之和。

为了证明,让x˙(t)是周期性的,x˙(t+τ)=x˙(t), 以及这段时间内的积分tt+τx˙dt=I, 在哪里I独立于t.

接下来,考虑y(t)=x(t)It/τ. 自从y˙=x˙I/τ它遵循y˙也是周期性的τ. 还, tt+τy˙dt=tt+τx˙dtI=0. 所以, y(t+τ)y(t)=0, 所以y(t)是周期性的τ.

因此我们得出的结论是x(t)是一个线性函数的和It/τ和一个带周期的周期函数τ.