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author | Kuster Yanik <yanik.kuster@ost.ch> | 2022-07-19 19:38:35 +0200 |
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committer | Kuster Yanik <yanik.kuster@ost.ch> | 2022-07-19 19:38:35 +0200 |
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diff --git a/buch/papers/lambertw/main.tex b/buch/papers/lambertw/main.tex index 68b7a5d..a347608 100644 --- a/buch/papers/lambertw/main.tex +++ b/buch/papers/lambertw/main.tex @@ -28,10 +28,10 @@ Bilden Sie auch für Formeln kurze Zeilen, einerseits der besseren \end{itemize} \input{papers/lambertw/teil0.tex} -%\input{papers/lambertw/teil1.tex} %\input{papers/lambertw/teil2.tex} %\input{papers/lambertw/teil3.tex} \input{papers/lambertw/teil4.tex} +\input{papers/lambertw/teil1.tex} \printbibliography[heading=subbibliography] \end{refsection} diff --git a/buch/papers/lambertw/teil0.tex b/buch/papers/lambertw/teil0.tex index 73fe187..50d2255 100644 --- a/buch/papers/lambertw/teil0.tex +++ b/buch/papers/lambertw/teil0.tex @@ -4,7 +4,7 @@ % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % \section{Was sind Verfolgungskurven? -\label{lambertw:section:teil0}} +\label{lambertw:section:Was_sind_Verfolgungskurven}} \rhead{Teil 0} Verfolgungskurven tauchen oft auf bei fragen wie, welchen Pfad begeht ein Hund während er einer Katze nachrennt. Ein solches Problem hat im Kern immer ein Verfolger und sein Ziel. Der Verfolger versucht sein Ziel zu ergattern und das Ziel versucht zu entkommen. Der Pfad, der der Verfolger während der Verfolgung begeht, wird Verfolgungskurve genannt. Um diese Kurve zu bestimmen, kann das Verfolgungsproblem als DGL formuliert werden. Diese DGL entspringt der Verfolgungsstrategie des Verfolgers. @@ -31,17 +31,17 @@ Wie bereits erwähnt, wird der Verfolger durch seine Verfolgungsstrategie defini \hline \end{tabular} \caption{mögliche Verfolgungsstrategien} - \label{lambertw:Strategien} + \label{lambertw:table:Strategien} \end{table} -%\begin{figure} -% \centering -% \includegraphics{.\papers\lambertw\Bilder\pursuerDGL2.pdf} -% \label{pursuer:pursuerDGL2} -%\end{figure} +\begin{figure} + \centering + \includegraphics[scale=0.2]{./papers/lambertw/Bilder/pursuerDGL2.pdf} + \label{lambertw:grafic:pursuerDGL2} +\end{figure} In der Tabelle \eqref{lambertw:Strategien} sind drei mögliche Strategien aufgezählt. Folgend wird nur noch auf die Strategie 1 eingegangen. @@ -67,7 +67,7 @@ Aus dem Verfolgungsproblem ist auch ersichtlich, dass die Punkte $V$ und $Z$ nic Wenn die Punkte $V$ und $Z$ trotzdem am gleichen Ort starten, ist die Lösung trivial. Nun wird die Gleichung mit deren rechten Seite skalar multipliziert, um das Gleichungssystem von zwei auf eine Gleichung zu reduzieren. \begin{align} - \label{pursuer:pursuerDGL} + \label{lambertw:pursuerDGL} \frac{\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}}{|\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}|}\cdot \overrightarrow{\dot{V}} &= @@ -87,7 +87,7 @@ Wie der Verfolger wird auch unser Ziel sich strikt an eine Fluchtstrategie halte Diese Strategie kann als Parameterdarstellung der Position nach der Zeit beschrieben werden. Zum Beispiel könnte ein Ziel auf einer Geraden flüchten, welches auf einer Ebene mit der Parametrisierung \begin{equation} - \vec{r}(t) + \vec{Z}(t) = \begin{Bmatrix} 0\\ diff --git a/buch/papers/lambertw/teil1.tex b/buch/papers/lambertw/teil1.tex index cc4a62a..3415c45 100644 --- a/buch/papers/lambertw/teil1.tex +++ b/buch/papers/lambertw/teil1.tex @@ -3,160 +3,102 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Ziel +\section{Wird das Ziel erreicht? \label{lambertw:section:teil1}} \rhead{Problemstellung} - - -%\begin{figure}[H] -% \centering -% \includegraphics[width=0.5\textwidth]{.\Bilder\something.pdf} -% \label{pursuer:grafik1} -%\end{figure} - - - -Je nach Verfolgungsstrategie die der Verfolger verwendet, entsteht eine andere DGL. -Für dieses konkrete Beispiel wird einfachheitshalber die simpelste Strategie gewählt. -Bei dieser Strategie bewegt sich der Verfolger immer direkt auf sein Ziel hinzu. -Womit der Geschwindigkeitsvektor des Verfolgers zu jeder Zeit direkt auf das Ziel zeigt. - -Um die DGL dieses Problems herzuleiten wird der Sachverhalt in der Grafik \eqref{pursuer:grafik1} aufgezeigt. -Der Punkt $P$ ist der Verfolger und der Punkt $A$ ist sein Ziel. - -Um dies mathematisch beschreiben zu können, wird der Richtungsvektor -\begin{equation} - \frac{A-P}{|A-P|} +Sehr oft kommt es vor, dass bei Verfolgungsproblemen die Frage auftaucht, ob das Ziel überhaupt erreicht wird. +Wenn zum Beispiel die Geschwindigkeit des Verfolgers kleiner ist als diejenige des Ziels, gibt es Anfangsbedingungen bei denen das Ziel nie erreicht wird. +Sobald diese Frage beantwortet wurde stellt sich meist die Frage, wie lange es dauert bis das Ziel erreicht wird. +Diese beiden Fragen werden in diesem Kapitel behandelt und an einem Beispiel betrachtet. + +\subsection{Ziel erreichen (überarbeiten) +\label{lambertw:subsection:ZielErreichen}} +Für diese Betrachtung wird das Beispiel aus \eqref{lambertw:section:teil4} zur Hilfe genommen. +Wir verwenden die Hergeleiteten Gleichungen +\begin{align*} + x\left(t\right) + &= + \sqrt{\frac{W\left(\chi\cdot e^{\chi-\frac{4t}{r_0-y_0}}\right)}{\chi}} \\ + y(x) + &= + \frac{1}{4}\left(\left(y_0+r_0\right)\eta+\left(r_0-y_0\right)ln\left(\eta\right)-r_0+3y_0\right) \\ + \chi + &= + \frac{r_0+y_0}{r_0-y_0}; \cdot\chi \\ + \eta + &= + \left(\frac{x}{x_0}\right)^2 + \:;\: + r_0 = - \frac{\dot{P}}{|\dot{P}|} -\end{equation} -benötigt. Durch die Subtraktion der Ortsvektoren $\overrightarrow{OP}$ und $\overrightarrow{OA}$ entsteht ein Vektor der vom Punkt $P$ auf $A$ zeigt. -Da die Länge dieses Vektors beliebig sein kann, wird durch Division mit dem Betrag, die Länge auf eins festgelegt. -Aus dem Verfolgungsproblem ist auch ersichtlich, dass die Punkte $A$ und $P$ nicht am gleichen Ort starten und so eine Division durch Null ausgeschlossen ist. -Wenn die Punkte $A$ und $P$ trotzdem am gleichen Ort starten, ist die Lösung trivial. + \sqrt{x_0^2+y_0^2} \\ +\end{align*} +Wir definieren einen Treffer wenn die Koordinaten des Verfolgers mit denen des Ziels übereinstimmen bei einem diskreten Zeitpunkt $t_1$. Aus dem vorangegangenem Beispiel, sind die Gleichungen zu den x- und y-Koordinaten des Verfolgers bekannt. Die Des Ziels sind -Nun wird die Gleichung mit deren rechten Seite skalar multipliziert, um das Gleichungssystem von zwei auf eine Gleichung zu reduzieren. \begin{equation} - \label{pursuer:pursuerDGL} - \frac{A-P}{|A-P|}\cdot \frac{\dot{P}}{|\dot{P}|} + \overrightarrow{Z}(t) + = + \left( \begin{array}{c} 0 \\ v \cdot t \end{array} \right) = - 1 + \left( \begin{array}{c} 0 \\ t \end{array} \right) + ;\quad + \overrightarrow{V}(t) + = + \left( \begin{array}{c} x(t) \\ y(t) \end{array} \right) + \label{lambertw:Anfangspunkte} \end{equation} -Diese DGL ist der Kern des Verfolgungsproblems, insofern sich der Verfolger immer direkt auf sein Ziel zubewegt. +Somit gilt es -\subsection{Beispiel} -Das Verfolgungsproblem wird mithilfe eines konkreten Beispiels veranschaulicht. Dafür wird die einfachste Strategie verwendet, bei der sich der Verfolger direkt auf sein Ziel hinzu bewegt. Für dieses Problem wurde bereits die DGL \eqref{pursuer:pursuerDGL} hergeleitet. +\begin{equation*} + \overrightarrow{Z}(t_1)=\overrightarrow{V}(t_1) +\end{equation*} -Um dieses Beispiel einfach zu halten, wird für den Verfolger und das Ziel jeweils eine konstante Geschwindigkeit von eins gewählt. Das Ziel wiederum startet im Ursprung und bewegt sich linear auf der positiven Y-Achse. +zu lösen. Da die $y(t)$ viel komplexer ist als $x(t)$ wird das Problem in zwei einzelne Teilprobleme zerlegt. Wobei die Bedingung der x- und y-Koordinaten einzeln überprüft werden. -\begin{align} - v_P^2 +\begin{align*} + 0 &= - \dot{P}\cdot\dot{P} + x(t) = - 1 - \\[5pt] - v_A - &= - 1 - \\[5pt] - A + \sqrt{\frac{W\left(\chi\cdot e^{\chi-\frac{4t}{r_0-y_0}}\right)}{\chi}} + \\ + v \cdot t &= - \begin{pmatrix} - 0 \\ - v_A\cdot t - \end{pmatrix} - = - \begin{pmatrix} - 0 \\ - t - \end{pmatrix} - \\[5pt] - P - &= - \begin{pmatrix} - x \\ - y - \end{pmatrix} -\end{align} - -Die Anfangsbedingungen dieses Problems sind. - -\begin{align} - y(t)\bigg|_{t=0} - &= - y_0 - \\[5pt] - x(t)\bigg|_{t=0} - &= - x_0 \\[5pt] - \frac{\,dy}{\,dx}(t)\bigg|_{t=0} - &= - \frac{y_A(t) -y_P(t)}{x_A(t)-x_P(t)}\bigg|_{t=0} -\end{align} - -Mit den vorangegangenen Definitionen kann nun die DGL \eqref{pursuer:pursuerDGL} gelöst werden. -Dafür wird als erstes das Skalarprodukt ausgerechnet. + y(t) + = + \frac{1}{4}\left(\left(y_0+r_0\right)\eta+\left(r_0-y_0\right)ln\left(\eta\right)-r_0+3y_0\right) + \\ +\end{align*} + +Zuerst wird die Bedingung der x-Koordinate betrachtet. Diese kann durch quadrieren und anschliessendes multiplizieren von $\chi$ vereinfacht werden. \begin{equation} - \dfrac{-x\cdot\dot{x}+(t-y)\cdot\dot{y}}{\sqrt{x^2+(t-y)^2}} = 1 + 0 + = + W\left(\chi\cdot e^{\chi-\frac{4t}{r_0-y_0}}\right) \end{equation} +Dies entspricht genau den Nullstellen der Lambert W-Funktion. Da die Lambert W-Funktion genau eine Nullstelle bei +\begin{equation*} + W(0)=0 +\end{equation*} +besitzt. Kann die Bedingung weiter vereinfacht werden zu - - - - - - -Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem -accusantium doloremque laudantium, totam rem aperiam, eaque ipsa -quae ab illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae -dicta sunt explicabo. -Nemo enim ipsam voluptatem quia voluptas sit aspernatur aut odit -aut fugit, sed quia consequuntur magni dolores eos qui ratione -voluptatem sequi nesciunt \begin{equation} -\int_a^b x^2\, dx -= -\left[ \frac13 x^3 \right]_a^b -= -\frac{b^3-a^3}3. -\label{lambertw:equation1} + 0 + = + \chi\cdot e^{\chi-\frac{4t}{r_0-y_0}} \end{equation} -Neque porro quisquam est, qui dolorem ipsum quia dolor sit amet, -consectetur, adipisci velit, sed quia non numquam eius modi tempora -incidunt ut labore et dolore magnam aliquam quaerat voluptatem. - -Ut enim ad minima veniam, quis nostrum exercitationem ullam corporis -suscipit laboriosam, nisi ut aliquid ex ea commodi consequatur? -Quis autem vel eum iure reprehenderit qui in ea voluptate velit -esse quam nihil molestiae consequatur, vel illum qui dolorem eum -fugiat quo voluptas nulla pariatur? - -\subsection{De finibus bonorum et malorum -\label{lambertw:subsection:finibus}} -At vero eos et accusamus et iusto odio dignissimos ducimus qui -blanditiis praesentium voluptatum deleniti atque corrupti quos -dolores et quas molestias excepturi sint occaecati cupiditate non -provident, similique sunt in culpa qui officia deserunt mollitia -animi, id est laborum et dolorum fuga \eqref{000tempmlate:equation1}. - -Et harum quidem rerum facilis est et expedita distinctio -\ref{lambertw:section:loesung}. -Nam libero tempore, cum soluta nobis est eligendi optio cumque nihil -impedit quo minus id quod maxime placeat facere possimus, omnis -voluptas assumenda est, omnis dolor repellendus -\ref{lambertw:section:folgerung}. -Temporibus autem quibusdam et aut officiis debitis aut rerum -necessitatibus saepe eveniet ut et voluptates repudiandae sint et -molestiae non recusandae. -Itaque earum rerum hic tenetur a sapiente delectus, ut aut reiciendis -voluptatibus maiores alias consequatur aut perferendis doloribus -asperiores repellat. + +Da $\chi\neq0$ und die Exponentialfunktion nie null sein kann, ist diese Bedingung unmöglich zu erfüllen. +Beim Grenzwert für $t\rightarrow\infty$ geht die Exponentialfunktion gegen null. +Dies nützt nicht viel, da unendlich viel Zeit vergehen müsste damit ein Treffer möglich wäre. +Somit kann nach den Gestellten Bedingungen das Ziel nie getroffen werden. +Dieses Resultat ist aber eher akademischer Natur, weil der Verfolger und das Ziel als Punkt betrachtet wurden. +Wobei aber in Realität nicht von Punkten sondern von Objekten mit einer räumlichen Ausdehnung gesprochen werden kann. |