使用方法
- 01选择模式,用切换行选择,或加载预设:逻辑斯蒂增长、牛顿冷却、单摆、阻尼振子、Van der Pol、Lotka–Volterra 或鞍点。
- 02输入表达式。Van der Pol 预设中的新参数
a 会立即显示为带数值框的滑块。 - 03设置视图矩形——xMin、xMax、yMin、yMax——它既是绘图窗口,也是搜索平衡点的区域。
- 04点击画布播撒轨迹(最多十二条,向前和向后);Clear 可将其移除。预设会为你播撒一条。
- 05阅读卡片和徽标。最多八张平衡点卡片列出细化后的点及其类型;发散或被截断的轨迹会在画布上方给出警告。
计算示例
下面的卡片就是实际显示的值。
| 系统 |
卡片 |
| 捕食者–猎物预设:x′ = x*(1.1 - 0.4y), y′ = y(0.4*x - 0.4) |
(0, 0) 处的鞍点;(1, 2.75) 处的中心 |
| Van der Pol 预设:x′ = y, y′ = a*(1 - x^2)*y - x,a = 1 |
(0, 0) 处不稳定 |
从预设种子点 (1, 1) 出发,Van der Pol 的向前轨迹始终位于 x ∈ [-2.009, 2.009] 和 y ∈ [-2.678, 2.678] 内,且不出现警告徽标。
平衡点的分类方式
牛顿法细化视图内的候选根,并合并近似重复的根;每个被接受的根处的雅可比矩阵决定标签。行列式为负:鞍点。行列式为正且迹接近零:中心。迹为负:稳定。迹为正:不稳定。该判定是线性且局部的,所以卡片和轨迹讲述的是互补的两面。
假设与限制
- 一切都取决于视图矩形。
- 边界外的平衡点不会被搜索,网格扫描可能跳过间距极小的根,显示的坐标是数值根——预期存在小残差,而不是精确的零。
- 轨迹是自适应的,但仍是显式方法。
- 带自动步长控制的 Dormand–Prince RK45 会报告发散或步数上限截断,而不是画出错误的曲线;刚性很强的系统可能触及这些保护。
“不稳定”描述的是点,不是系统
Van der Pol 的卡片在 (0, 0) 处显示不稳定,但画出的轨迹并没有逃逸——它盘旋进入一个闭合的极限环,并保持在 x ∈ [-2.009, 2.009] 和 y ∈ [-2.678, 2.678] 内。两者都成立:原点是螺旋源,而远离原点的非线性阻尼会耗散能量,因此轨迹有界但永不收敛。请把分类与向量场和播撒的轨迹结合起来阅读。
适用场景
讲授定性动力学
捕食者–猎物预设在一张图里展示 (0, 0) 处的鞍点和 (1, 2.75) 处的中心;点击中心周围的闭合轨道,无需公式就能演示它与稳定点的区别。
仿真前抽查模型
加载 Van der Pol,确认振荡是自持的而非发散的,再用阻尼振子预设查看稳定平衡点。滤波面板覆盖相图无法回答的频域问题。
隐私
表达式、参数值和轨迹都在你的浏览器中计算;你输入的任何内容都不会被上传。
参考资料
- Wikipedia, Phase plane, en.wikipedia.org (访问日期:2026-10-01)— 轨迹、平衡点及其分类。
- Wikipedia, Lotka–Volterra equations, en.wikipedia.org (访问日期:2026-10-01)— 捕食者–猎物方程组及其中心。
- Wikipedia, Van der Pol oscillator, en.wikipedia.org (访问日期:2026-10-01)— 不稳定原点、非线性阻尼与极限环。
- Wikipedia, Dormand–Prince method, en.wikipedia.org (访问日期:2026-10-01)— 嵌入式 RK45 方案与自适应步长。
本页计算器
精选工具,点开即用;小工具可直接试算,数值会带入完整计算器。