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第八十一章 数学的加速与物理的共鸣(第1页)

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接受了“基石加固”

的战略任务后,苏白的生活节奏悄然发生了变化。

他依然保持着对数学的热爱与深入探索,但每天的时间表上,明确地为物理、化学和生物划出了固定的学习板块。

一种系统性的、目标明确的充实感取代了之前略带随性的钻研。

周一上午的数学课,李老师讲解的内容是函数迭代与周期点,涉及一些动态系统的初步思想。

对一般高中生而言,这部分内容抽象而难以把握。

“对于函数f(x),我们考虑其迭代序列x,f(x),f(f(x)),……”

李老师在黑板上写着:

“如果存在某个点x0,使得经过有限次迭代后回到自身,即f^n(x0)=x0,则称x0为周期点。”

台下大部分同学面露困惑,努力理解着“迭代”

和“周期”

在这个新语境下的含义。

李老师出了一道例题:

研究函数f(x)=x^2-1在实数域上的迭代,寻找周期点并讨论其稳定性。

教室里一片寂静,同学们在草稿纸上尝试代入计算,但数字很快变得复杂,难以看出规律。

李老师目光扫视全班,最后落在苏白身上:

“苏白,你对这个问题有什么思路?”

苏白站起身,思路清晰地说道:

“老师,这个问题可以从动力系统的角度考虑。

我们可以先寻找f(x)的不动点,即满足f(x)=x的点,这是周期为1的情况。

解方程x^2-1=x,得到x=(1±√5)2。”

他走到黑板前,边写边说:

“接下来,要寻找周期为2的点,即满足f(f(x))=x且f(x)≠x。

这需要解一个西次方程,但我们可以利用f(x)的性质简化。

注意到f(f(x))=(x^2-1)^2-1=x^4-2x^2。

令其等于x,得到x^4-2x^2-x=0。”

他顿了顿,目光扫过台下惊讶的同学们,继续道:

“这个方程可以因式分解为x(x-1)(x^2+x+1)=0。

实数解为x=0和x=1。

验证一下,f(0)=-1,f(-1)=0,所以0和-1构成一个周期2轨道;f(1)=0,f(0)=-1,所以1和0也…等等,这里0重复了,需要仔细区分轨道……”

他微微蹙眉,迅速厘清:

“准确地说,点集{0,-1}构成一个周期2轨道。

而x=1是不动点,不属于周期2。”

最后,他补充道:

“关于稳定性,可以计算导数f(x)=2x,在不动点处代入判断。

比如在x=(1+√5)2≈1.618处,|f(x)|>1,是不稳定点。”

整个过程,苏白不仅给出了答案,更展现了一种高观点的处理方式,将迭代问题置于动力系统的框架下思考,运用了方程求解、因式分解和稳定性分析的连贯思路。

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