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Diskretes System

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Bei dynamischen Systemen betrachtet man eine kontinuierliche Zeitachse \mathbb{T}, wie z.B. \mathbb{T}=\mathbb{R}. Lässt man nur diskrete Zeiten zu wie \mathbb{T}=\mathbb{Z}, so spricht man von einem diskreten dynamischen System. Diese Diskretisierung findet vor allem in der Numerik eine große Anwendung, wie z.B. bei der Rückwärtsanalyse.

Es sei ein metrischer Raum X vorgegeben. \Phi:X \times \mathbb{T} \rightarrow X sei eine stetige Abbildung (x,n) \in X \times \mathbb{T}. Ein diskretes dynamisches System (oder auch diskreter Fluss) ist ein Tripel (X,\Phi,\mathbb{T}) und besitzt die Eigenschaften:


(1) Φ(x,0) = Φ0(x) = x für alle x \in X

(2) \Phi(x,n)=\Phi^{n}(x)=\underbrace{\Phi \circ \Phi \circ \ldots \circ \Phi (x)}_{n-mal} für alle x \in X und n \in \mathbb{Z}.


Unter (1) versteht man die Identitätseigenschaft, d.h. ein Zustand verändert sich nicht nach 0 Zeiteinheiten. (2) gibt die Halbgruppeneigenschaft wieder.

Ist x_{0} \in X der Anfangszustand, x1 = Φ(x0) der Zustand zum Zeitpunkt t=1 usw. und xn der Zustand zum Zeitpunkt n \in \mathbb{Z}, so beschreibt xn + 1 = Φ(xn) die Dynamik des diskreten Systems.

Wie bei dynamischen Systemen interessiert man sich bei der Untersuchung von diskreten Systemen für Fixpunkte und deren Stabilität. In chaotischen Abbildungen, wie z.B. der Bernoulli-Abbildung, logistischen Abbildung oder Hénon-Abbildung, spielen Diskretisierungen eine große Rolle, um die iterierten Abbildungen diskutieren zu können.

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