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超循環的中心與角落不動點
HYC-1979Lesson 5: Selection, Species, Will
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在 恆定組織 之下,超循環的總濃度被固定在定值 c0,因此每個容許狀態都位於濃度單體上 + … + 。該單體上的狀態是 不動點 的充要條件是穩態條件 dxᵢ/dt = 0 對每個成員同時成立 ,…,n。單體限制本身只說明哪些狀態是容許的——真正從中篩選出平衡態的,是所有生長率皆為零。

將此條件施加於 n 成員超循環,會得到一個格外簡單的不動點集合。 中心不動點 為 x̄0 = (c0/n)(1, …, 1)ᵀ,因此 n 個物種每一個都帶有相同的濃度 c0/n,且這 n 個份額之和恰好為 c0。由於所有座標皆相等,此點位於單體的 內部 ,並具有置換對稱性:重新標記循環中的物種不會改變此點。它是完全合作的平衡態——沒有任何成員受到偏袒。

n = 3 的濃度單體 (x1 + x2 + x3 = c0)物種 1:(c0, 0, 0)物種 2:(0, c0, 0)物種 3:(0, 0, c0)x̄0 = (c0/3, c0/3, c0/3)中心不動點——所有物種共存角落是真實的穩態:一個物種持有全部的 c0。單體上的不動點中心不動點1 個點 · 單體的內部等份額、置換對稱角落不動點n = 3 個點 · 單體頂點純態:一個物種持有 c0兩種都是真實的穩態;它們的差異在於結構,而非是否存在。

一個中心點與 n 個角落點

  • 中心不動點:x̄0 = (c0/n)(1, …, 1)ᵀ——一個等濃度、置換對稱的平衡態,位於單體內部,每個成員皆共存於此。
  • n 個角落不動點:每個成員各一個,該物種濃度為 c0 ,其餘所有物種皆為零。每個物種原則上都能成為唯一倖存者。
  • 角落是純態:它們位於單體的頂點,因此描述的是一個單一優勢物種,而非一個整合、合作的群落。

範例演算:

對於三成員超循環,濃度單體是一個三角形。中心不動點為 (c0/3, c0/3, c0/3),而三個角落不動點分別為 (c0, 0, 0)、(0, c0, 0) 與 (0, 0, c0)。因此,本步驟相關的不動點集合包含一個中心等濃度平衡態加上 n 個純態角落平衡態——總共 1 + n 個點,本例中為四個。請注意,角落的存在直接源於系統的對稱性;而內部點是否真正吸引軌跡則取決於 n 以及系統的正規模態,這將作為一個獨立步驟來分析。

從幾何解讀
中心不動點是 n 個頂點的重心(算術平均),這正是其各座標皆為 c0/n 的原因。常見的疏漏是把角落當作「沒有平衡」;事實上它們是邊界上真實的穩態。其結構性對比在於內部相對於邊界、對稱相對於對稱破缺——而非存在相對於不存在。