§ 19.6. Движение в окрестности особой точки. Общая теория.
Перейдем теперь к общей теории движения в окрестности изолированной особенности поля
Поместим начало координат, как и в § 19.4, в особую точку. Тогда
уравнения запишутся в форме
Здесь
вместе с
Обозначим через
поле, определяемое одними только линейными членами:
Вблизи точки О поле
мало отличается от
точнее, при
где
угол между
Это утверждение почти очевидно. Чтобы доказать его формально, заметим, что
и отношение
не обращается в нуль. В самом деле,
где с — нижняя граница
на единичном круге. Кроме того, при
Таким образом,
когда
Далее,
где
следовательно,
и первое утверждение, таким образом, доказано. Доказательство второго утверждения следует из условия
Иногда рассматривают радиальную и трансверсальную составляющие поля
обозначим их соответственно через
а составляющие
— через
Поле
мы исследовали в § 19.4; выясним теперь, в какой степени движение в окрестности точки О в поле
отличается от движения в окрестности этой точки в поле
Однако теперь, в отличие от поляо»
ограничимся характеристиками, начинающимися вблизи точки О.
Как мы увидим, движение в окрестности узла, седла или фокуса подобно соответствующему движению для поля
Исключение составляет вихревая точка. В этом случае линейных членов недостаточно, чтобы решить вопрос об устойчивости. Это является несколько неожиданным, в особенности если учесть, что сюда относится задача о малых колебаниях
Однако в случае малых колебаний мы располагаем некоторыми дополнительными данными, получаемыми из уравнения энергии, факт устойчивости мы знаем заранее, и линейная теория в этом случае дает хорошее приближение к действительному движению. Но в общем случае оснований для такого рода утверждений нет.
Рассмотрим сначала положительную полухарактеристику, которая стремится к точке О и входит в нее. Если при
то одновременно
и поскольку
находим
Вектор
представляет собственный вектор матрицы А. Таким образом, если собственные значения
вещественны и различны, то могут существовать лишь два направления (или четыре, если различать положительные и отрицательные), по которым траектории входят в точку
если же собственные значения комплексно-сопряженные, то ни одна траектория не может входить в точку О.
Рассмотрим теперь движение в окрестности особых точек различных типов.