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カオスと初期値鋭敏性——解析力学への入口

1. 「予測可能」と「予測不可能」の境界

決定論的な方程式(ニュートン方程式)に従う系が、「予測不可能」になりうる。これがカオスだ。

二重振り子の初期角度を \(0.001°\) だけ変えると——最初はほぼ同じ軌道をたどるが、やがて全く異なる運動をする。

カオス二重振り子

初期角度差 Δθ₁=0.001 rad の2つの振り子——軌道の発散を見よう!
分離距離: 0.1 px青:θ₁=60°赤:θ₁=60°+0.001
初期条件への敏感な依存性:カオスの特徴。リャプノフ指数 λ > 0 が指数的発散を意味する。

シミュレーターで初期条件がわずかに異なる2つの二重振り子を同時に追ってほしい。最初は重なって見えるが、ある時刻から急激に離れる——離れる速さがリャプノフ指数だ。

問い:「決定論的な方程式」に従うのに「予測不可能」になるとはどういう意味か?

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21:09

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