Chaos kolem nás - Škomam
Transkript
Chaos kolem nás Marek Lampart Katedra aplikované matematiky & IT4Innovations Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB – TU Ostrava 3. února 2016 Marek Lampart — Chaos kolem nás 1/19 Význam slova Chaos“ ” chaos, -u m h ř i 1 velký zmatek, nepořádek, neuspořádanost, změt’: ch. v dopravě; způsobit, vyvolat ch. 2 filoz., náb., mytol. (podle starověkých představ) pův. prázdný prostor, znějı́cı́ průrva, později neuspořádaná změt’ živlů před vznikem kosmu ve smyslu uspořádaného světa V. Petráčková, J. Kraus za kolektiv, Akademický slovnı́k cizı́ch slov. Academia, Praha 1998 Marek Lampart — Chaos kolem nás 2/19 Chaos kolem nás ... Dobrý voják Švejk [film]. Režie: Karel STEKLÝ. Československo, 1956. Marek Lampart — Chaos kolem nás 3/19 Aplikace dynamických systémů V oblastech akademická výzkumná inženýrstvı́ Vědnı́ disciplı́ny filozofie uměnı́ genetika teologie fyzika chemie Marek Lampart — Chaos kolem nás biologie ekonomie politologie ekologie mechanika elektrotechnika geoinformatika lingvistika medicı́na .. . 4/19 Aplikace dynamických systémů V oblastech akademická výzkumná inženýrstvı́ Vědnı́ disciplı́ny filozofie uměnı́ genetika teologie fyzika chemie Marek Lampart — Chaos kolem nás biologie ekonomie politologie ekologie mechanika elektrotechnika geoinformatika lingvistika medicı́na .. . 4/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Přı́klad - úročenı́ vkladu P0 — počátečnı́ hodnota vkladu, r — úroková mı́ra P1 = P0 + rP0 = (1 + r )P0 P2 = P1 + rP1 = (1 + r )P1 = (1 + r )2 P0 P3 = P2 + rP2 = (1 + r )P2 = (1 + r )3 P0 .. . Pn = (1 + r )n P0 Otázka: Za jak dlouho se zdvojnásobı́ počátečnı́ vklad? (r=0,02) Prémiová otázka (Škomam Cup): Jak se změnı́ odpověd’ na předchozı́ otázku, budeme-li v našem modelu úročit v každém kroku pouze počátečnı́ vklad? Marek Lampart — Chaos kolem nás 5/19 Diferenčnı́ rovnice a iterace Proces, ve kterém jeho předchozı́ stav ovlivňuje následujı́cı́, se popisuje pomocı́ diferenčnı́ch rovnic: xn+1 = f (xn ). Tato rovnice popisuje, jak se nějaká operace provádı́ opakovaně po sobě. Tomu budeme řı́kat iterace. Definice Necht’ f : X → X je spojité zobrazenı́ na kompaktnı́m metrickém prostoru X . Pak f n (x) = |f ◦ f ◦{z· · · ◦ f}(x) = f (f (f · · · f (x)) · · · ) | {z } n−kráte n−kráte se nazývá n-tá iterace bodu x zobrazenı́m f , kde n ∈ N. Marek Lampart — Chaos kolem nás 6/19 Diferenčnı́ rovnice a iterace Proces, ve kterém jeho předchozı́ stav ovlivňuje následujı́cı́, se popisuje pomocı́ diferenčnı́ch rovnic: xn+1 = f (xn ). Tato rovnice popisuje, jak se nějaká operace provádı́ opakovaně po sobě. Tomu budeme řı́kat iterace. Definice Necht’ f : X → X je spojité zobrazenı́ na kompaktnı́m metrickém prostoru X . Pak f n (x) = |f ◦ f ◦{z· · · ◦ f}(x) = f (f (f · · · f (x)) · · · ) | {z } n−kráte n−kráte se nazývá n-tá iterace bodu x zobrazenı́m f , kde n ∈ N. Marek Lampart — Chaos kolem nás 6/19 Diferenčnı́ rovnice a iterace Proces, ve kterém jeho předchozı́ stav ovlivňuje následujı́cı́, se popisuje pomocı́ diferenčnı́ch rovnic: xn+1 = f (xn ). Tato rovnice popisuje, jak se nějaká operace provádı́ opakovaně po sobě. Tomu budeme řı́kat iterace. Definice Necht’ f : X → X je spojité zobrazenı́ na kompaktnı́m metrickém prostoru X . Pak f n (x) = |f ◦ f ◦{z· · · ◦ f}(x) = f (f (f · · · f (x)) · · · ) | {z } n−kráte n−kráte se nazývá n-tá iterace bodu x zobrazenı́m f , kde n ∈ N. Marek Lampart — Chaos kolem nás 6/19 Dynamický systém Definice Necht’ f : X → X je spojité zobrazenı́ na kompaktnı́m metrickém prostoru X . Pak uspořádaná dvojice (X , f ) se nazývá (diskrétnı́) dynamický systém. Marek Lampart — Chaos kolem nás 7/19 Generický přı́klad - Systém logistických zobrazenı́ Fµ (x) : [0, 1] → [0, 1] Fµ (x) = µx(1 − x) R.M. May. Simple mathematical models with very complicated dynamics, Nature, 261(1976) s. 459–467. Marek Lampart — Chaos kolem nás 8/19 Generický přı́klad - Systém logistických zobrazenı́ Fµ (x) : [0, 1] → [0, 1] 1 1 F1µ (x) 0.9 F3µ (x) 0.6 0.6 Fµ(x) 0.7 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 1 µ F2µ F3µ 0.8 0 0.1 0.2 0.3 0.4 (x) 0.9 (x) 0.8 0.7 0.6 0.6 Fµ(x) 0.7 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 F1 (x) µ F2µ F3µ (x) (x) 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.5 x 1 F1 (x) 0.9 µ 0.9 x 1 F (x) F3µ (x) 0.5 0.4 0 F2µ (x) 0.8 0.7 0 F1µ (x) 0.9 F2µ (x) 0.8 Fµ(x) Fµ (x) = µx(1 − x) 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 x Marek Lampart — Chaos kolem nás 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 x 9/19 Periodicita Definice Bud’ (X , f ) dynamický systém. Bod x ∈ X se nazývá pevný, jestliže f (x) = x. Bod x ∈ X se nazývá periodický s periodou n, jestliže f n (x) = x a f m (x) 6= x pro každé 0 < m < n. Marek Lampart — Chaos kolem nás 10/19 Generický přı́klad - Systém logistických zobrazenı́ Věta Pro Fµ (x) = µx(1 − x) definované na [0, 1] platı́: 1 Fµ (0) = 0 a Fµ (pµ ) = pµ , kde pµ = (µ − 1)/µ, 2 pokud je 1 < µ ≤ 4, pak 0 < pµ < 1, 3 pokud je µ = 1, pak Fix(F1 ) = {0}, 4 pokud je 0 < µ < 1, pak pµ 6∈ [0, 1]. Marek Lampart — Chaos kolem nás 11/19 Generický přı́klad - Systém logistických zobrazenı́ Věta Pro 0 < µ < 1 a každé x ∈ [0, 1] platı́: limn→∞ Fµn (x) = 0. Věta Bud’ µ > 1, pak 1 je-li x < 0, pak limn→∞ Fµn (x) = −∞, 2 je-li x > 1, pak limn→∞ Fµn (x) = −∞. Věta Bud’ 1 < µ < 3 a 0 < x < 1, pak limn→∞ Fµn (x) = pµ . Marek Lampart — Chaos kolem nás 12/19 Periodicita Věta Bud’ ([0, 1], f ) dynamický systém majı́cı́ 3-periodický bod. Potom f má periodické body period všech řádů. A.N. Šarkovskij. O ciklach i strukture nepreryvnogo preobrazovanija. Ukrain. Mat. Žurnal 17.3 (1965), s. 104–111. Marek Lampart — Chaos kolem nás 13/19 Generický přı́klad - Systém logistických zobrazenı́ Bifurkačnı́ diagram Marek Lampart — Chaos kolem nás 14/19 Chaos ve smyslu Devaneyho Definice Dynamický systém (X , f ) je citlivý na počátečnı́ podmı́nky, pokud existuje δ > 0 takové, že pro každé x ∈ X a okolı́ B(x, ) najdeme y ∈ B(x, ) a n ∈ N tak, že d(f n (x), f n (y )) > δ. Marek Lampart — Chaos kolem nás 15/19 Chaos ve smyslu Devaneyho Definice Necht’ (X , f ) je dynamický systém. Řekneme, že f je chaotické ve smyslu Devaneyho, jestliže: 1 f je topologicky tranzitivnı́, tj. f má orbitu, která je v X hustá; 2 f má na X citlivou závislost na počátečnı́ch podmı́nkách; 3 periodické body zobrazenı́ f jsou v X husté. R.L. Devaney. An Introduction to Chaotic Dynamical Systems. 2nd.Menlo Park, CA: Addison-Wesley, 1989. Marek Lampart — Chaos kolem nás 16/19 Chaos ve smyslu Liho a Yorka Definice Necht’ (X , f ) je dynamický systém. Řekneme, že f je chaotické ve smyslu Liho a Yorka, jestliže existuje nespočetná podmnožina S ⊂ X (z anglického scrambled“ set, tj. promı́chaná) taková, že pro všechna x, y ∈ S od sebe různá ” (tj. x 6= y ) jsou splněny následujı́cı́ dvě podmı́nky: 1 lim supn→∞ d(f n (x), f n (y )) > 0. 2 lim inf n→∞ d(f n (x), f n (y )) = 0. T.-Y. Li a J. A. Yorke. Period three implies chaos. Amer. Math. Monthly, 82 (1975), s. 985–992. Marek Lampart — Chaos kolem nás 17/19 Chaos ve smyslu Liho a Yorka Věta Bud’ ([0, 1], f ) dynamický systém majı́cı́ 3-periodický bod. Potom je f chaotické ve smyslu Liho a Yorka. T.-Y. Li a J. A. Yorke. Period three implies chaos. Amer. Math. Monthly, 82 (1975), s. 985–992. Marek Lampart — Chaos kolem nás 18/19 Děkuji za pozornost Marek Lampart — Chaos kolem nás 19/19
Podobné dokumenty
Souvislost Pythagorovy věty, dívky z Playboye a - Škomam
Souvislost Pythagorovy věty, dı́vky z Playboye
a superpočı́tánı́
ŠKOMAM 2014, 22. ledna
Dalibor Lukáš
Katedra aplikované matematiky, FEI
IT4Innovations
VŠB-TU Ostrava
web: lukas.am.vsb.cz
e...
Záverecná zkouška z fyziky 2012 A
vody. Tepelnou kapacitu nádoby a tepelné ztráty do okolı́ neuvažujte. Měrná tepelná
kapacita oceli je co = 460 J/kgK, měrná tepelná kapacita vody je cv = 4200 J/kgK
a měrné skupenské t...
KYBERNETIKA A UMEL´A INTELIGENCE 1.´Uvod do kybernetiky a
− Dynamické systémy: zpětná vazba, stavový popis, stochastické systémy, řı́zenı́, ...
− Přenos informace: informačnı́ entropie, kapacita komunikačnı́ho kanálu, ...
− Umělá inteligence...
Stáhnout ve formátu PDF
V souvislosti s teorií chaosu jsem zaregistroval několik zajímavých problémů
filozofie vědy: (1) problém vztahu mezi vědami, (2) problém vztahu mezi jednotlivými subdisciplínami fyziky a (3) prob...
TEZE DIZERTAˇCNÍ PR´ACE Neline´arnı projevy mechanick
předevšı́m tı́m, že známe elementárnı́ vlastnosti hmoty, ze které konstrukce tvořı́me.
Vı́me totiž, že libovolný materiál podléhá ve své podstatě zákonitostem, které unikajı́ jedno...
VIP Club Inter Cars 2008
všichni zúčastňují různých produktových školení a
seminářů. To vše pak úspěšně uplatňují u svých
zákazníků, pro které jsou tak pomocnými specialisty, kteří dokáží nejen prodat příslušný díl, ale
i ...