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diff --git a/buch/papers/lambertw/teil0.tex b/buch/papers/lambertw/teil0.tex index 36ef7c3..6ab0bae 100644 --- a/buch/papers/lambertw/teil0.tex +++ b/buch/papers/lambertw/teil0.tex @@ -7,10 +7,10 @@ \label{lambertw:section:Was_sind_Verfolgungskurven}} \rhead{Was sind Verfolgungskurven?} -Verfolgungskurven tauchen oft auf bei Fragen wie welchen Pfad begeht ein Hund während er einer Katze nachrennt. +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 verfolgt sein Ziel, das versucht zu entkommen. -Der Pfad, der der Verfolger während der Verfolgung begeht, wird Verfolgungskurve genannt. +Der Pfad, den der Verfolger während der Verfolgung begeht, wird Verfolgungskurve genannt. Um diese Kurve zu bestimmen, kann das Verfolgungsproblem als Differentialgleichung formuliert werden. Diese Differentialgleichung entspringt der Verfolgungsstrategie des Verfolgers. @@ -30,64 +30,66 @@ Daraus folgt, dass eine Strategie zwei dieser drei Parameter festlegen muss, um \centering \begin{tabular}{|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|} \hline - \text{}&\text{Geschwindigkeit}&\text{Abstand}&\text{Richtung}\\ + \text{Strategie}&\text{Geschwindigkeit}&\text{Abstand}&\text{Richtung}\\ \hline - \text{Strategie 1} + \text{Jagd} & \text{konstant} & \text{-} & \text{direkt auf Ziel hinzu}\\ - \text{Strategie 2} + \text{Beschattung} & \text{-} & \text{konstant} & \text{direkt auf Ziel hinzu}\\ - \text{Strategie 3} + \text{Vorhalt} & \text{konstant} & \text{-} & \text{etwas voraus Zielen}\\ \hline \end{tabular} \caption{mögliche Verfolgungsstrategien} \label{lambertw:table:Strategien} \end{table} - +% \begin{figure} \centering \includegraphics[scale=0.1]{./papers/lambertw/Bilder/pursuerDGL2.pdf} \caption{Vektordarstellung Strategie 1} \label{lambertw:grafic:pursuerDGL2} \end{figure} - -In der Tabelle \eqref{lambertw:table:Strategien} sind drei mögliche Strategien aufgezählt. +% +In der Tabelle \ref{lambertw:table:Strategien} sind drei mögliche Strategien aufgezählt. Im Folgenden wird nur noch auf die Strategie 1 eingegangen. Bei dieser Strategie ist die Geschwindigkeit konstant und der Verfolger bewegt sich immer direkt auf sein Ziel zu. -In der Abbildung \eqref{lambertw:grafic:pursuerDGL2} ist das Problem dargestellt, -wobei $\vec{V}$ der Ortsvektor des Verfolgers, $\vec{Z}$ der Ortsvektor des Ziels und $\dot{\vec{V}}$ der Geschwindigkeitsvektor des Verfolgers ist. +Der Verfolger und sein Ziel werden als Punkte $V$ und $Z$ modelliert. + +In der Abbildung \ref{lambertw:grafic:pursuerDGL2} ist das Problem dargestellt, +wobei $v$ der Ortsvektor des Verfolgers, $z$ der Ortsvektor des Ziels und $\dot{v}$ der Geschwindigkeitsvektor des Verfolgers ist. Die konstante Geschwindigkeit kann man mit der Gleichung \begin{equation} - |\dot{\vec{V}}| + |\dot{v}| = \operatorname{const} = A \quad A\in\mathbb{R}>0 \end{equation} darstellen. Der Geschwindigkeitsvektor wiederum kann mit der Gleichung \begin{equation} - \frac{\vec{Z}-\vec{V}}{|\vec{Z}-\vec{V}|}\cdot|\dot{\vec{V}}| + \frac{z-v}{|z-v|}\cdot|\dot{v}| = - \dot{\vec{V}} + \dot{v} \end{equation} beschrieben werden. -Die Differenz der Ortsvektoren $\vec{V}$ und $\vec{Z}$ ist ein Vektor der vom Punkt $V$ auf $Z$ zeigt. +Die Differenz der Ortsvektoren $v$ und $z$ ist ein Vektor der vom Punkt $V$ auf $Z$ zeigt. Da die Länge dieses Vektors beliebig sein kann, wird durch Division durch den Betrag, die Länge auf eins festgelegt. Aus dem Verfolgungsproblem ist auch ersichtlich, dass die Punkte $V$ und $Z$ nicht am gleichen Ort starten und so eine Division durch Null ausgeschlossen ist. Wenn die Punkte $V$ und $Z$ trotzdem am gleichen Ort starten, ist die Lösung trivial. -Nun wird die Gleichung mit $\dot{\vec{V}}$ skalar multipliziert, um das Gleichungssystem von zwei auf eine Gleichung zu reduzieren. Somit ergeben sich +Nun wird die Gleichung mit $\dot{v}$ skalar multipliziert, um das Gleichungssystem von zwei auf eine Gleichung zu reduzieren. Somit ergeben sich \begin{align} - \frac{\vec{Z}-\vec{V}}{|\vec{Z}-\vec{V}|}\cdot|\dot{\vec{V}}|\cdot\dot{\vec{V}} + \frac{z-v}{|z-v|}\cdot|\dot{v}|\cdot\dot{v} &= - |\dot{\vec{V}}|^2 + |\dot{v}|^2 \\ \label{lambertw:pursuerDGL} - \frac{\vec{Z}-\vec{V}}{|\vec{Z}-\vec{V}|}\cdot \frac{\dot{\vec{V}}}{|\dot{\vec{V}}|} + \frac{z-v}{|z-v|}\cdot \frac{\dot{v}}{|\dot{v}|} &= 1 \text{.} \end{align} Die Lösungen dieser Differentialgleichung sind die gesuchten Verfolgungskurven, insofern der Verfolger die Strategie 1 verwendet. - +% \subsection{Ziel \label{lambertw:subsection:Ziel}} Als nächstes gehen wir auf das Ziel ein. @@ -96,14 +98,14 @@ Diese Strategie kann als Parameterdarstellung der Position nach der Zeit beschri Zum Beispiel könnte ein Ziel auf einer Geraden flüchten, welches auf einer Ebene mit der Parametrisierung \begin{equation} - \vec{Z}(t) + z(t) = \left( \begin{array}{c} 0 \\ t \end{array} \right) \end{equation} - +% beschrieben werden könnte. Mit dieser Gleichung ist das Ziel auch schon vollumfänglich definiert. -Die Fluchtkurve kann eine beliebige Form haben, jedoch wird die zu lösende Differentialgleichung für die Verfolgungskurve immer komplexer. +Für die Fluchtkurve kann eine beliebige Form gewählt werden, jedoch wird die zu lösende Differentialgleichung für die Verfolgungskurve komplexer. diff --git a/buch/papers/lambertw/teil1.tex b/buch/papers/lambertw/teil1.tex index fa7deb1..2e75a19 100644 --- a/buch/papers/lambertw/teil1.tex +++ b/buch/papers/lambertw/teil1.tex @@ -15,7 +15,7 @@ Diese beiden Fragen werden in diesem Kapitel behandelt und an einem Beispiel bet %\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 \eqref{lambertw:eqFunkXNachT} für Startbedingung im ersten Quadranten +Dazu werden die hergeleiteten Gleichungen \eqref{lambertw:eqFunkXNachT} mit Startbedingung im ersten Quadranten verwendet, welche \begin{align*} x\left(t\right) &= @@ -25,15 +25,16 @@ Wir verwenden die hergeleiteten Gleichungen \eqref{lambertw:eqFunkXNachT} für S \frac{1}{4}\left(\left(y_0+r_0\right)\left(\frac{x(t)}{x_0}\right)^2+\left(r_0-y_0\right)\operatorname{ln}\left(\left(\frac{x(t)}{x_0}\right)^2\right)-r_0+3y_0\right)\\ \chi &= - \frac{r_0+y_0}{r_0-y_0}\\ + \frac{r_0+y_0}{r_0-y_0}, \quad \eta - &= - \left(\frac{x}{x_0}\right)^2\\ + = + \left(\frac{x}{x_0}\right)^2,\quad r_0 - &= - \sqrt{x_0^2+y_0^2} \text{.}\\ + = + \sqrt{x_0^2+y_0^2} \end{align*} % +sind. Das Ziel wird erreicht, wenn die Koordinaten des Verfolgers mit denen des Ziels bei einem diskreten Zeitpunkt $t_1$ übereinstimmen. Somit gilt es @@ -60,7 +61,7 @@ und der Verfolger durch \text{.} \end{equation} % - Da $y(t)$ 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. Es entstehen daher folgende Bedingungen + Da $y(t)$ 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. Es entstehen daher folgende Bedingungen \begin{align*} 0 @@ -73,12 +74,11 @@ und der Verfolger durch &= y(t) = - \frac{1}{4}\left(\left(y_0+r_0\right)\left(\frac{x(t)}{x_0}\right)^2+\left(r_0-y_0\right)\operatorname{ln}\left(\left(\frac{x(t)}{x_0}\right)^2\right)-r_0+3y_0\right) - \\ + \frac{1}{4}\left(\left(y_0+r_0\right)\left(\frac{x(t)}{x_0}\right)^2+\left(r_0-y_0\right)\operatorname{ln}\left(\left(\frac{x(t)}{x_0}\right)^2\right)-r_0+3y_0\right)\text{,} \end{align*} % -, welche Beide gleichzeitig erfüllt sein müssen, damit das Ziel erreicht wurde. -Zuerst wird die Bedingung der x-Koordinate betrachtet. +welche Beide gleichzeitig erfüllt sein müssen, damit das Ziel erreicht wurde. +Zuerst wird die Bedingung der $x$-Koordinate betrachtet. Diese kann durch dividieren durch $x_0$, anschliessendes quadrieren und multiplizieren von $\chi$ vereinfacht werden. Daraus folgt \begin{equation} 0 @@ -107,10 +107,10 @@ Da $\chi\neq0$ und die Exponentialfunktion nie null sein kann, ist diese Bedingu Beim Grenzwert für $t\rightarrow\infty$ geht die Exponentialfunktion gegen null. Dies nützt nicht viel, da unendlich viel Zeit vergehen müsste damit ein Einholen möglich wäre. Somit kann nach den Gestellten Bedingungen das Ziel nie erreicht werden. -Aus der Symmetrie des Problems an der y-Achse können auch alle Anfangspunkte im zweiten Quadranten die Bedingungen nicht erfüllen. +Aus der Symmetrie des Problems an der $y$-Achse können auch alle Anfangspunkte im zweiten Quadranten die Bedingungen nicht erfüllen. Bei allen Anfangspunkten mit $y_0<0$ ist ein Einholen unmöglich, da die Geschwindigkeit des Verfolgers und Ziels übereinstimmen und der Verfolger dem Ziel bereits am Anfang nachgeht. -Wenn die Wertemenge der Anfangsbedingung um die positive y-Achse erweitert wird, kann das Ziel wiederum erreicht werden. -Sobald der Verfolger auf der positiven y-Achse startet, bewegen sich Verfolger und Ziel aufeinander zu, da der Geschwindigkeitsvektor des Verfolgers auf das Ziel zeigt und der Verfolger sich auf der Fluchtgeraden befindet. +Wenn die Wertemenge der Anfangsbedingung um die positive $y$-Achse erweitert wird, kann das Ziel wiederum erreicht werden. +Sobald der Verfolger auf der positiven $y$-Achse startet, bewegen sich Verfolger und Ziel aufeinander zu, da der Geschwindigkeitsvektor des Verfolgers auf das Ziel zeigt und der Verfolger sich auf der Fluchtgeraden befindet. Dies führt zwingend dazu, dass der Verfolger das Ziel erreichen wird. Die Verfolgungskurve kann in diesem Fall mit @@ -141,7 +141,7 @@ Daraus folgt \end{equation} % führt. -Nun ist klar, dass lediglich Anfangspunkte auf der positiven y-Achse oder direkt auf dem Ziel dazu führen, dass der Verfolger das Ziel bei $t_1$ einholt. +Nun ist klar, dass lediglich Anfangspunkte auf der positiven $y$-Achse oder direkt auf dem Ziel dazu führen, dass der Verfolger das Ziel bei $t_1$ einholt. Bei allen anderen Anfangspunkten wird der Verfolger das Ziel nie erreichen. 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. |