
一條發光的三維蝴蝶曲線由洛倫茲方程描繪。學生可改變 σ、ρ 和 β,並比較兩個幾乎相同的起點,看它們分開的速度有多快。
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愛德華·洛倫茨在 1963 年把一個天氣模型削到只剩骨架時,找到了這三個方程。其中沒有任何隨機成分,也沒有任何近似:給出同樣的三個初始數兩次,你就會得到同樣的軌跡兩次,永遠如此。然而,只要把其中一個數的小數點後第八位改動一下,大約二十個時間單位之後,兩條軌跡就分別落在蝴蝶的兩隻翅膀上了。這就是對初始條件的敏感依賴,它是方程本身的性質,而不是電腦的缺陷。它也有一個「開關」:兩隻翅膀的中心位於 ±根號(β(ρ − 1)),並且在 ρ 超過 σ(σ + β + 3)/(σ − β − 1) 之前都是穩定的——按照洛倫茨自己用的那組數,這個閾值是 470/19,約 24.74。低於它,兩條孿生軌跡會停在同一個點上,未來完全可以預測;高於它,就再也沒有可以停下來的地方了。(嚴格來説,從大約 ρ = 24.06 起,就已經有一個奇怪吸引子與那些穩定點共存了,所以在兩個數值之間那道狹窄的窗口裏,結局取決於你從哪裏出發。)學生可以改變x 追趕 y 的快慢及驅動的強度,並比較結果有何變化。可用於與高中一起進行數學探究,投影演示或讓學生各自使用裝置均可。
課程標準: Common Core CCSS.MATH.CONTENT.HSF.IF.B.4
免費。用新版瀏覽器開啟洛倫茨吸引子模擬實驗即可,無須下載,也無須註冊。
這個模擬實驗內置涵蓋高中的學習程度預設。選擇與你班別相符的程度,然後投影演示或讓學生在自己的裝置上使用。
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一條發光的三維蝴蝶曲線由洛倫茲方程描繪。學生可改變 σ、ρ 和 β,並比較兩個幾乎相同的起點,看它們分開的速度有多快。
輸入任意函數,立刻看到它的形狀。最多可以用三種顏色同時畫三條曲線來比較,拖動追蹤點從曲線上讀出數值,並看看每條曲線在哪裏穿過零點。
轉動轉盤、拋硬幣或擲骰子,同時觀察兩組柱形:圖形所預測的概率,以及你實際得到的結果。轉十次説明不了什麼;轉上幾百次,兩者就幾乎難以區分了。
移動 m,看直線如何傾斜;移動 b,看它如何上下平移。或者拖動直線上的兩個點,讀出它回寫給你的方程。一段「上升比水平」的階梯沿着直線往上爬,讓斜率變成可以數出來的東西。
比較雙體軌道與三體的八字形運動,再添加至最多十二個天體。改變初始質量、速度和位置,觀察軌跡及數值能量誤差。
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