不动点

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
有三个不动点的函数

在数学中,函数不动点定点是指被这个函数映射到其自身一个点。例如,定义在实数上的函数f

f(x)=x^2-3x+4

2是函数f的一个不动点,因为f(2)=2

也不是每一个函数都具有不动点。例如定义在实数上的函数f(x)=x+1就没有不动点。因为对于任意的实数,x永远不会等于x+1。用画图的话来说,不动点意味着点(x,f(x))在直线y=x上,或者换句话说,函数f的图像与那根直线有共点。上例f(x)=x+1的情况是,这个函数的图像与那根直线是一对平行线。

在函数的有限次迭代之后回到相同值的点叫做周期点;不动点是周期等于 1 的周期点。

吸引不动点[编辑]

不动点迭代 xn+1 = cos xn 带有初始值 x1 = -1。

函数 f吸引不动点f 的不动点 x0 使得,對在足够接近 x0 的定义域中的任何 x 值而言,迭代函数序列

x,\ f(x),\ f(f(x)),\ f(f(f(x))), \dots

收敛x0。如何接近才是“足够接近”有时是个微妙的问题。

自然余弦函数(自然意味着使用弧度而非角度)有精确的一个吸引不动点。在这种情况下,“足够接近”根本不是严格标准 -- 为了展示这个情况,在计算器上开始于任何实数并重复按“cos”键。它会快速的收敛于大约 0.73908513,这就是不动点。这是余弦函数和线 y = x 在图上的交叉点。

不是所有不动点都是吸引的:例如,x=0 是函数 f(x)=2 x 的不动点,但是这个函数对非零任意值的迭代快速的发散。

吸引不动点是更广泛的数学概念吸引子的特殊情况。

吸引不动点被称为稳定不动点如果它也是李雅普诺夫稳定性的。

一个不动点被称为是中立稳定不动点如果它是李雅普诺夫稳定性的但不是吸引的。二阶齐次线性微分方程的中心点是中立稳定不动点的例子。

保证不动点存在的定理[编辑]

在数学的不同部分有很多定理保证函数、在一定的条件下,必定有一个或者更多的不动点。这些在最基本的定性结果当中,那些普遍性应用的不动点定理是非常具有价值的洞察。