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Logistic Map--r=4


LogisticEquation4

r=4 时,logistic map 变为

 x_(n+1)=4x_n(1-x_n),
(1)

这等价于 mu=1tent map。 上图展示了该映射的前 50 次迭代,初始值为 a_0=0.42 和 0.71。

解可以写成以下形式

 x_n=1/2{1-f[r^nf^(-1)(1-2x_0)]},
(2)

其中

 f(x)=cosx
(3)

f^(-1)(x)=cos^(-1)x 是它的反函数(Wolfram 2002, p. 1098)。 显式地,这给出了三个等价形式

x_n=1/2{1-cos[2^ncos^(-1)(1-2x_0)]}
(4)
=1/2{1-cosh[2^ncosh^(-1)(1-2x_0)]}
(5)
=-sinh^2[2^(n-1)cosh^(-1)(1-2x_0)].
(6)

为了研究方程的性质,令

 x=sin^2(1/2piy)=1/2[1-cos(piy)]
(7)
 sqrt(x)=sin(1/2piy)
(8)
 y=2/pisin^(-1)(sqrt(x)),
(9)

所以

 (dy)/(dx)=2/pi1/(sqrt(1-x))1/2x^(-1/2)=1/(pisqrt(x(1-x))).
(10)

操作 (7) 得到

sin^2(1/2piy_(n+1))=41/2[1-cos(piy_n)]{1-1/2[1-1/2(1-cos(piy_n))]}
(11)
=2[1-cos(piy=1-cos^2(piy_n)sin^2(piy_n),
(12)

所以

 1/2piy_(n+1)=+/-y_n+spi
(13)
 y_(n+1)=+/-2y_n+1/2s.
(14)

但是 y in [0,1]。 取 y_n in [0,1/2], 则 s=0

 y_(n+1)=2y_n.
(15)

对于 y in [1/2,1], s=1

 y_(n+1)=2-2y_n.
(16)

结合得到

 y_(n+1)={2y_n   for y_n in [0,1/2]; 2-2y_n   for y_n in [1/2,1],
(17)

可以写成

 y_(n+1)=1-2|x_n-1/2|,
(18)

这正是 mu=1tent map,其在 y 中的自然不变测度

 rho(y)=1.
(19)

因此,变换回 x 得到

rho(x)=|(dy)/(dx)|rho(y(x))
(20)
=2/pi1/(sqrt(1-x))1/2x^(-1/2)
(21)
=1/(pisqrt(x(1-x))).
(22)

这也可以从以下公式推导出来

 rho(x)=lim_(N->infty)1/Nsum_(i=1)^Ndelta(x_i-x)=1/(pisqrt(x(1-x))),
(23)

其中 delta(x)delta 函数


另请参阅

Logistic Map, Logistic Map--r=-2, Logistic Map--r=2, Tent Map

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参考文献

MathPages. "Logistic Map 的闭合形式。" http://www.mathpages.com/home/kmath188.htm. Jaffe, S. "Logistic Map:可计算的混沌。" http://library.wolfram.com/infocenter/MathSource/579/.Whittaker, J. V. "混沌行为的一些简单案例的分析描述。" Amer. Math. Monthly 98, 489-504, 1991.Wolfram, S. 一种新科学。 Champaign, IL: Wolfram Media, p. 1098, 2002.

请引用本文为

Weisstein, Eric W. "Logistic Map--r=4." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/LogisticMapR=4.html

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