线性与非线性
6页1、线性与非线性非线性是相对于线性而言的,是对线性的否定,线性是非线性的特例,所以要弄淸非线性的 概念,明确什么是非线性,首先必须明确什么是线性,其次对非线性的界定必须从数学表述 和物理意义两个方而阐述,才能较完整地理解非线性的概念。(1) 线性对线性的界泄,一般是从相互关联的两个角度来进行的:其一,叠加原理成立:“如果1, W2是方程的两个解,那么aWl+b巾2也是它的一个解,换言之,两个态的叠加仍然是一个 态。” 1叠加原理成立意味着所考察系统的子系统间没有非线性相互作用。其二,物理变量 间的函数关系是直线,变量间的变化率是恒量,这意味着函数的斜率在英左义域内处处存在 且相等,变量间的比例关系在变量的整个定义域内是对称的。非线性在明确了线性的含义后,相应地非线性概念就易于界定:其一,“定义非线性算符N(d)为对一些a、b或讥W不满足L (a+bW)二aL(4)+bL(W) 的算符” 2,即叠加原理不成立,这意味着e与”间存在着耦合,对(ae+b4O的操作, 等于分别对e和巾操作外,再加上对e与巾的交叉项(耦合项)的操作,或者“、e是不连续 (有突变或断裂)、不可微(有折点的。其二,作为
2、等价的另一种表述,我们可以从另一个角度来理解非线性:在用于描述一个系统 的一套确立的物理变量中,一个系统的一个变量最初的变化所造成的此变虽:或其它变量的相 应变化是不成比例的,换言之,变量间的变化率不是恒量,函数的斜率在苴肚义域中有不存 在或不相等的地方,概括地说,就是物理变量间的一级增量关系在变量的左义域内是不对称 的。可以说,这种对称破缺是非线性关系的最基本的体现,也是非线性系统复杂性的根源。 对非线性概念的这两种表述实际上是等价的,苴一叠加原理不成立必将导致其二物理变量关 系不对称;反之,如果物理变量关系不对称,那么叠加原理将不成立。之所以采用了两种表 述,是因为在不同的场合,对于不同的对象,两种表述有各自的方便之处,如前者对于考察 系统中整体与部分的关系、微分方程的性质是方便的,后者对于考察特沱的变量间的关系(包 括变量的时间行为)将是方便的。关于非线性概念需要强调的是,线性或非线性的提法是相对于物理变量而言的,也就是说, 只有物理变量的关系才是判断是否是非线性的根据,而非物理变疑的关系不能成为非线性与 否的判据。这里所说的物理变量是指那些可以观测的、人们感兴趣的、对人类有意义
3、的变量。 例如分形理论中,简单分形的分维D是恒量,在无标度区间内1 nN二DlnL, InN与InL是线性 关系,但是显然不能籍此得出简单分形是线性的结论。这里的物理变量是N和L,而不是经 过对数变换的nN与InL,即人们可观测的、感兴趣的、对人们有意义的是N和L,而不是 InN和InL, N与L的关系N二LD是非线性的,所以可得岀分形是非线性的结论。再如,物价 对时间的直接关系(而不足Mandbrolt所统讣的棉花价格指数的无标度性)正是人们感兴趣 的、对人们有意义的,而且两者的关系是非线性的,所以物价随时间的变化是一种非线性现 象。说明狭义的非线性是指不按比例、不成直线的数量关系,无法用线性形式表现的数量关系,如曲 线、曲而等。而广义上看,是自变量以特殊的形式变化而产生的不同于传统的映射关系,如 迭代关系的函数,上一次演算的映射为下一次演算的自变量,显然这是无法用通常的线性函 数描绘和形容的。很显然,自然界事物的变化规律不是像简单的函数图像,他们当中存在着 并非一一对应的关系。如果说线性关系是互不相干的独立关系,那么非线性则是体现相互作 用的关系,正是这种相互作用,使得整体不再是简
4、单地全部等于部分之和,而可能出现不同 于线性叠加的增益或亏损。详细释义编辑 非线性的性质 非线性科学正处于发展过程之中,它所研究的兔门具体科学中的非线性普适类,有已经形成 的(如混沌、分形、孤子),有正在形成的(如适应性与自涌行为),还会有将要形成的,所 以非线性的性质还没有完全呈现出来,这里也就不可能全而地讨论非线性的性质。下而仅从 “非线性与线性的关系”、“非线性的物理机制”和“非线性与稳定性”三个方而作初步探讨0 (1)非线性与线性的关系非线性与线性是相对而言的,两者是一对矛盾的槪念,一方面两者在一左程度上可以相互转 化,另一方而两者又存在本质区别,再者两者同时存在于一个系统中,规左着系统相应方而 的性质。 非线性与线性的密切联系首先,在数学上一些线性方程可转化为非线性方程来解:物理上的一些非线性问题,也可以 通过数学变换而转化为线性方程来研究。如非线性的KdV方程通过散射反演方法化为线性的 可积方程,从而求出了精确的解析解:一些非线性不强的问题,可用线性逼近方法将苴转化 为若干线性问题来求近似解,这是已在各门学科中广泛采用并相当有效的的方法。其次,在某些情况下,由方程得到的解析
《线性与非线性》由会员枫**分享,可在线阅读,更多相关《线性与非线性》请在金锄头文库上搜索。
管理学院科研工作量统计
--县人畜饮改水项目情况汇报
读书伴我成长1
人道的待遇管理程序EICC版
二次根式典型练习题
特种设备事故案例分析2
点线面体的教学设计
2022年考博英语-西安建筑科技大学考前模拟强化练习题29(附答案详解)
峡口中学留守儿童活动室工作计划
黑龙江省哈尔滨市三中2021届高三生物三模考试试题(含解析)
浅谈用WORD和EXCEL编写体育课教案
必修三12学案设计
前台文员工作计划样本XX
二OO八年二季度安全工作汇报
浙版小学美术第十册五年级下全套表格式教案备课教学设计
某咨询公司岗位说明书(DOC 20页)
2023年安徽省滁州市定远县严桥乡官东村社区工作人员考试模拟题及答案
重点企业自动监控设施验收表
一年级数学上册教学计划
延边东方烧烤餐饮有限责任公司特许经营加盟合同
2023-01-10 12页
2023-07-29 3页
2023-01-27 2页
2024-02-12 63页
2022-11-22 63页
2023-09-16 12页
2023-08-19 126页
2023-08-06 40页
2023-11-11 41页
2023-05-31 108页