Автономная система ~ Фазовая кривая ~ Точка покоя ~ Устойчивость по Ляпунову ~ Устойчивый узел ~ Неустойчивый узел ~ Седло ~ Центр ~ Устойчивый фокус ~ Неустойчивый фокус ~ Диакритический узел

Рассмотрим автономную систему второго порядка:

Название автономная система оправдано тем, что решение само управляет своим изменением, поскольку производные dx₁ /dt и dx₂ /dt зависят только от x₁ и x₂ и не зависят от t.

Обозначим
и  .
Пусть — решение автономной системы второго порядка. Тогда уравнения

задают в параметрической форме кривую на плоскости . Эта кривая называется фазовой кривой или фазовой траекторией системы.Плоскость, на которой расположены фазовые траектории называется фазовой плоскостью автономной системы.

Точка , в которой правая часть системы обращается в нуль, , называется положением равновесия системы. Положение равновесия называют также точкой покоя автономной системы.

Точка покоя называется устойчивой по Ляпунову, если:
1) существует такое , что для при существует решение задачи Коши с начальным условиям  ;
2) для всякого существует такое , что если и , то при всех .
Устойчивая точка покоя называется асимптотически устойчивой, если
при достаточно малых .

Очевидно, что линейная автономная система

имеет единственную точку покоя: x₁(t) = 0, x₂(t) = 0, при всех . При этом характер точки покоя (0, 0) (ее устойчивость, асимптотическую устойчивость, неустойчивость) можно установить по значениям собственных чисел l₁ и l₂ матрицы системы.
А именно, пусть l₁ и l₂ — собственные значения матрицы A исследуемой системы:

• если l₁ и l₂— действительные отрицательные числа, то точка покоя устойчива и называется устойчивым узлом (пример 1);
• если l₁ и l₂ — действительные положительные числа, то точка покоя неустойчива и называется неустойчивым узлом (пример 2);
• если l₁ и l₂ — действительные числа, имеющие разные знаки, то точка покоя неустойчива и называется седлом (пример 3);
• если l₁ и l₂ — комплексные числа, l_1,2 =Rell ± Imll и Rel не превышает нуля, то точка покоя устойчива, точнее, при Rel =0 точка устойчива, но не асимптотически устойчива и называется центром (пример 4), при Rel< 0 она асимптотически устойчива и называется устойчивым фокусом (пример 5), а если Rel>0, то точка покоя неустойчива и называется неустойчивым фокусом (пример 6);
• если l₁ = l₂ - отличные от нуля  действительные числа, то точка покоя — узел специального вида, называемый диакритическим, устойчивым при отрицательных l₁ = l₂ и неустойчивым при положительных l₁ = l₂ (пример 7);
• если l₁ = 0 и l₂ № 0, то существует прямая, проходящая через начало координат, все точки которой являются точками покоя (пример 8);
• если l₁ = l₂ = 0, то все точки плоскости являются точками покоя.

ПРИМЕР 1. Поведение решений в окрестности устойчивого узла.

ПРИМЕР 2. Поведение решений в окрестности неустойчивого узла.

ПРИМЕР 3. Поведение решений в окрестности  седла.

ПРИМЕР 4. Поведение решений в окрестности центра.

ПРИМЕР 5. Поведение решений в окрестности устойчивого фокуса.

ПРИМЕР 6. Поведение решений в окрестности неустойчивого фокуса.

ПРИМЕР 7. Поведение решений в окрестности диакритического узла.

ПРИМЕР 8. Вырожденный случай. Прямая, состоящая из точек покоя.