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多自由度系と相空間

1. 2次元相空間から高次元へ

中級4節で1自由度の相空間(\(x\)-\(v\) 平面)を学んだ。2自由度の系(例:連成振動子)では相空間は4次元——直接見ることはできないが、射影断面で可視化できる。

4次元相空間(2振動子)

q₁p₁E = 0.827無理数比→密なトーラスω₁/ω₂ = 0.618
4次元相空間 (q₁,p₁,q₂,p₂)。運動は2次元トーラス T² 上。ω₁/ω₂が有理→閉じたリサジュー;無理数→トーラスを密に埋める(準周期)。

シミュレーターで2自由度連成振動子の相空間を可視化しよう。\((x_1, \dot{x}_1)\) 平面への射影と \((x_1, x_2)\) 平面への射影を比較してほしい。ノーマルモードに対応する軌道の形が異なる様子が見える。

問い:多自由度系の相空間では、どのような「整理された構造」が現れるのか?

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21:08

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