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Reemplazar en ecuación presenta más soluciones

Digamos que tengo una ecuación $y=2-x^2-y^2$. ahora, ya sé que $y$ es exactamente el mismo que $2-x^2-y^2$ I puede crear la siguiente ecuación reemplazando $y$$2-x^2-y^2$.

$y=2-x^2-(2-x^2-y^2)^2$

haciendo esta sustitución introduce nuevas soluciones, como la $(-1, 0)$. Reemplazos en otras varias ecuaciones tienen resultados similares, aunque algunos no cambiar la ecuación en todo!

Lo mecánico presenta estas nuevas soluciones, y lo que son?

Edit: un ejemplo de una ecuación en la que no hay soluciones se introducen a través de la sustitución es $y=x^2+y^2$. Que le dará $y=x^2+(x^2+y^2)^2$ que al graficar es el mismo gráfico que el original, $y=x^2+y^2$.

Aquí está una imagen de la iteración de esta sustitución en la misma función, sólo por diversión.Iterating this replacement

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chaiwalla Puntos 1132

Supongamos primero que $f$ es un valor real de la función de una variable. La ecuación $$ x = f(x) \etiqueta{1} $$ actúa como una condición, la selección de los valores de $x$ para que (1) es verdadera. Sustituyendo (1) en sí ofrece una nueva condición, $$ x = f\bigl(f(x)\bigr) = f^{[2]}(x), \etiqueta{2} $$ y así sucesivamente.

Ciertamente, cada solución de (1) es una solución de (2). Si la función de $f$ no es inyectiva (uno a uno), sin embargo, (2) pueden tener soluciones que no son soluciones de (1).

Por ejemplo, si $f(x) = 4x(1 - x)$, $f$ mapas de $[0, 1]$ a $[0, 1]$. Cada punto con la excepción de $x = \frac{1}{2}$ tiene dos preimages, y $f$ mapas de cada intervalo de $[0, \frac{1}{2}]$ $[\frac{1}{2}, 1]$ bijectively a $[0, 1]$. De ello se desprende que $f \circ f$ mapas cada media intervalo de a $[0, 1]$, y a cada punto de $[0, 1]$ tiene dos preimages en cada mitad de intervalo, por lo $f^{[2]} = f \circ f$ tiene cuatro puntos fijos, etc. (Diagrama a continuación). En este ejemplo, el $n$-composición del pliegue de $f$ con sí mismo, $f^{[n]}$, $2^{n}$ puntos fijos, es decir, la ecuación $$ x = f^{[n]}(x) = (\underbrace{f \circ \dots \circ f}_{n \text{momentos}})(x) \etiqueta{n} $$ ha $2^{n}$ soluciones, aunque (n) se obtiene a partir de (1) por sucesivamente sustituyendo (1) en sí mismo.

Successive iterations of a quadratic polynomial

Su situación es análoga: a partir de $$ y = 2 - x^{2} - y^{2} = f(x, y), \etiqueta{1a} $$ usted sustituto (1a) en sí mismo, la obtención de $$ y = 2 - x^{2} - f(x, y)^{2} = f\bigl(x, f(x, y)\bigr), \etiqueta{2a} $$ y así sucesivamente.

En tu ejemplo, $f$ ha cualitativamente similar comportamiento a lo largo de la $y$-el eje de la "logística mapa" $f(x) = 4x(1 - x)$, y los conjuntos de soluciones $$ y = f\Bigl(\dots f\bigl(x, f(x, y)\bigr)\dots\Bigr) $$ vuelven cada vez más complicadas con las sucesivas iteraciones.

Este tipo de fenómeno (por ejemplo, la ubicación precisa y la forma de las soluciones) es generalmente complicado (caótico en el sentido técnico). Páginas de Wikipedia de posible interés incluyen:

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mathlove Puntos 57124

Sabemos que cada$(x,y)$ tal que$$y=2-x^2-y^2\quad\text{i.e.}\quad x^2+y^2+y-2=0$ $ satisface$$y=2-x^2-(2-x^2-y^2)^2\quad \text{i.e.}\quad (2-x^2-y^2)^2+x^2+y-2=0\tag1$ $ Esto implica que$(2-x^2-y^2)^2+x^2+y-2$ es divisible por$x^2+y^2+y-2$:$$(2-x^2-y^2)^2+x^2+y-2=(x^2+y^2+y-2)(x^2+y^2-y-1)$ $ Por lo tanto,% ps


Del mismo modo, para el segundo ejemplo, sabemos que$$(1)\iff x^2+y^2+y-2=0\quad\text{or}\quad x^2+y^2-y-1=0.$ es divisible por$(x^2+y^2)^2+x^2-y$:$x^2+y^2-y$ $

Tenga en cuenta que no hay$$(x^2+y^2)^2+x^2-y=(x^2+y^2-y)(x^2+y^2+y+1)$ tal que$(x,y)\in\mathbb R$ $

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Ruben Puntos 337

Punto de advertencia: la investigación no producen resultados útiles para su pregunta, así que esto es el resultado de una rápida sesión en la que he mirado el problema. Me las arreglé para llegar a algo, pero no es una muy general o enfoque riguroso. Aún así, espero que les sea útil (o al menos interesante). Sólo le ayuda a encontrar las expresiones analíticas para algunas de las soluciones que en realidad me pregunto si las otras soluciones expresiones analíticas: tipo de mirada como que no.

Si usted escribe $f_x(y) = 2 - x^2 - y^2$, se buscan los puntos tales que $$ y = f_x^k(y), k\geq 1 $$ Los puntos que satisfacen esta ecuación para $k = 1$ son llamados puntos fijos de $f_x$, los puntos que satisfacen esta ecuación para cualquier $k$ son llamados periódicos de puntos con el período de $k$. La secuencia de $(f_x^k(y))_{k \geq 0}$ se llama la órbita de $y$, de manera periódica puntos de órbitas periódicas. No voy a hacer algo de fantasía con estas definiciones (de hecho, espero que me recitó correctamente...), me escribió para dar al lector interesado en algunos de los términos de google. Yo no conozco a ninguna teoremas o estrategias para la búsqueda de periódico puntos en la general.

Así pues, echemos un vistazo a esta función específica. Si tenemos una solución a $f(y) = 2 - x^2 - y^2$ también tenemos una solución a $f(y) = 2 - x^2 - (2 - x^2 - y^2)^2$ por sustitución. El recíproco no es cierto: no todas las soluciones de la segunda ecuación es también una solución a la primera, como se dio cuenta. Esto es equivalente a señalar que todos los $y = f_x(y)$ es también una solución a $y = f(f(y))$, pero, en general, a la inversa de la declaración no es cierto: no todas las soluciones de la segunda ecuación es también una solución de la primera ecuación.

Estoy a la deriva lejos: estamos en la búsqueda de soluciones a $y = 2 - x^2 - (2 - x^2 - y^2)^2$. Si asumimos $y = 2 - x^2 - y^2$ podemos simplificar a $y = 2 - x^2 - y^2$. Ahora voy a hacer algunas locas suposiciones aquí, pero tengan paciencia conmigo. Estoy interesado si alguien puede pensar o sabe de una forma más sencilla y directa para ello.

Supongo que otras soluciones que se pueden encontrar en la misma manera: suponga $y = g(y)$ para algunos la función $g$, a continuación, reemplace $g(y)$ $y$ a simplificar la ecuación, y terminan con la misma ecuación de $ y = g(y) $. Por supuesto, elegimos $g \not = f$ aquí. Pero lo $g$ debemos escoger? Que no es fácil de contestar, pero si queremos obtener alguna solución analítica, seguro que ayuda si se puede fácilmente sustituir en $ y = 2 - x^2 - (2 - x^2 - y^2)^2 $ y, de hacerlo, sería simplificar la expresión. Desde que sustituir en las $(x^2 - y^2)^2$, una conjetura sería que después de la sustitución tenemos el cuadrado de una forma lineal en $y$ a la izquierda, lo que podría significar que $g$ es quadractic en $y$. Esto es consistente con la solución de $y = 2 - x^2 - y^2$.

Ahora, el punto de este galimatías: asumimos que la sustitución de $g(y)$ $y$ $2 - x^2 - y^2$ los rendimientos de algunos de expresión lineal. Digamos que tenemos $2 - (x^2 + y^2)$ y consigue $ay + b$ después de la sustitución de $y$$g(y)$. A continuación, $y = g(y)$ es equivalente a $2 - x^2 - y^2 = ay + b$. La solución para $y$ rendimientos $y = \frac{2 - b - (x^2 + y^2)}{a} = g(y)$. Después de la sustitución obtenemos $y = 2 - x^2 - (ay + b)^2 = \frac{2 - b^2 - x^2 - a^2y^2}{2ab + 1}$. Desde sólo sabemos (desde que asumió)$y = \frac{2 - b - x^2 - y^2}{a} = g(y)$, podemos hacer que todo sea verdad mediante la selección de $a, b$ que hacen de $$ \frac{2 - b - x^2 - y^2}{a} = \frac{2 - b^2 - x^2 - a^2y^2}{2ab + 1} $$

Ahora $a = 1, b = 0$ nos da $y = 2 - x^2 - y^2$, $a = -1, b = 1$ nos da $-y = 1 - x^2 - y^2$. Yo quería hacer el caso general, pero esto me ha costado tiempo suficiente por ahora. Podría agregar que en un par de días.

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