國立中興大學教學大綱
課程名稱 (中) 動態系統(5107)
(Eng.) Dynamical Systems
開課單位 機械系
課程類別 選修 學分 3 授課教師 陳志敏
選課單位 機械系 / 學士班 授課使用語言 中/英文 英文/EMI 開課學期 1142
課程簡述 本課程主要介紹非線性動態系統之數學模式與物理現象的特性。課程內容包括系統參數與動態反應的關係,線性常微分方程之幾何特性與穩定性分析,非線性系統穩定性之分析及渾沌現象。在本課程中,將以友善、不拘細節,但仍小心的態度處理數學的問題,強調分析之目的與方法,配合淺顯、具體的例題,建立幾何樣貌的直覺觀念。
先修課程名稱
課程與核心能力關聯配比(%) 課程目標之教學方法與評量方法
課程目標 核心能力 配比(%) 教學方法 評量方法
1. 探討工程與物理等動態系統的數學模式及其穩定性的分析;模式建立與分析的應用亦包含生物、化學及流行病學。
2. 著重於觀察分析線性與非線性系統的結構性改變(structural changes)。
1.運用數學、科學及機械工程知識之能力。
2.設計與執行實驗以及分析數據之能力。
3.具有計畫管理、團隊合作並能設計、製作機械工程系統之能力。
4.具人文素養並能認識時事議題、瞭解科學與工程技術對環境永續、社會共好、及全球發展的影響。
5.培養學生自我學習之能力。
6.認知機械工程人員之專業倫理與社會責任。
30
25
15
15
10
5
講授
測驗
書面報告
口頭報告
作業
授課內容(單元名稱與內容、習作/每週授課、考試進度-共16週加自主學習)
週次 授課內容
第1週 Introduction: chaos, fractals, dynamics, and importance of being nonlinear.
第2週 One-dimensional flows (systems): geometric ways of thinking, fixed points and stability, structural change, and system potentials.
第3週 Bifurcations: saddle-node bifurcation, transcritical bifurcation, supercritical and subcritical pitch-fork bifurcations, imperfect bifurcations and catastrophes.
第4週 Bifurcations: saddle-node bifurcation, transcritical bifurcation, supercritical and subcritical pitch-fork bifurcations, imperfect bifurcations and catastrophes. Phase-locking phenomenon in a nonuniform oscillator.
第5週 Linear 2-D systems: phase portraits, eigenvalues and eigenvectors, classification of stabilityies.
第6週 Nonlinear 2-D systems: phase portraits, numerical integration and spectral analysis-FFT, fixed points and linearization, conservative systems, reversible systems.
第7週 Nonlinear 2-D systems: phase portraits, numerical integration and spectral analysis-FFT, fixed points and linearization, conservative systems, reversible system.
第8週 Midterm exam: in class.
第9週 Limit cycles: Liapunov functions, Poincaré-Bendixson theorem, Liénard systems, relaxation oscillators, weakly nonlinear oscillators.
第10週 Bifurcations revisited in 2-D systems: saddle-node, transcritical, and pitch-fork bifurcations, Hopf bifurcations, oscillating chemical-reactions, hysteresis, quasiperiodic oscillations, Poincaré maps.
第11週 Duffing’s equation: forced double-well oscillator, a route from periodic oscillation to chaos.
第12週 Proposal and discussion for the final project that requires numerical simulations and analyses of a dynamical system selected from published papers or chapters of texts discussing chaotic behavior.
第13週 Chaos on 1-D maps and strange attractor: logistic map, period-doubling, Liapunov exponent, orbit diagram and periodic widow, Lorenz map, signal-masking.
第14週 Lorenz Equations and other chaotic systems: properties of strange attractor and route to chaos.
第15週 Preparing for the proposal and discussion for the final project. Brief introduction to fractals.
第16週 Oral presentation and written report of the final project.
自主學習
內容
   03.製作專題報告

學習評量方式
作業:30 %
期中考試:30 %
期末報告:40 %
教科書&參考書目(書名、作者、書局、代理商、說明)
教科書: Strogatz, S. H., Nonlinear Dynamics and Chaos: with Applications to Physics, Biology, Chemistry, and Engineering, 2nd edition, CRC Press, Boca Raton, FL, 2018.
參考書: Moon, F. C., Chaotic Vibrations: An Introduction for Applied Scientists and Engineers, Wiley, New York, 2004.
課程教材(教師個人網址請列在本校內之網址)
數位教學平台iLearning
Lecture notes (handwriting on the iPad), PowerPoint sides, Selected papers
課程輔導時間
週三 下午 14:00~15:00
聯合國全球永續發展目標(連結網址)
09.工業、創新基礎建設   15.陸地生態提供體驗課程:N
請尊重智慧財產權及性別平等意識,不得非法影印他人著作。
更新日期 西元年/月/日:2025/12/31 18:00:55 列印日期 西元年/月/日:2026 / 1 / 30
MyTB教科書訂購平台:http://www.mytb.com.tw/