From d2a5fa34c505f498845f3c8ab8335c090bd1bfec Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Yanik Kuster Date: Wed, 6 Apr 2022 11:30:37 +0200 Subject: derivation of pursuerproblem DGL --- buch/papers/lambertw/teil0.tex | 21 ++++++++------------- 1 file changed, 8 insertions(+), 13 deletions(-) (limited to 'buch/papers/lambertw/teil0.tex') diff --git a/buch/papers/lambertw/teil0.tex b/buch/papers/lambertw/teil0.tex index 2b83d59..ca172e5 100644 --- a/buch/papers/lambertw/teil0.tex +++ b/buch/papers/lambertw/teil0.tex @@ -3,20 +3,15 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Teil 0\label{lambertw:section:teil0}} +\section{Was sind Verfolgungskurven? \label{lambertw:section:teil0}} \rhead{Teil 0} -Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam -nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam -erat, sed diam voluptua \cite{lambertw:bibtex}. -At vero eos et accusam et justo duo dolores et ea rebum. -Stet clita kasd gubergren, no sea takimata sanctus est Lorem ipsum -dolor sit amet. -Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam -nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam -erat, sed diam voluptua. -At vero eos et accusam et justo duo dolores et ea rebum. Stet clita -kasd gubergren, no sea takimata sanctus est Lorem ipsum dolor sit -amet. + +Verfolgungskurven entstehen immer, dann wenn ein Verfolger sein Ziel verfolgt. +Nämlich ist eine Verfolgungskurve die Kurve, die ein Verfolger abfährt während er sein Ziel verfolgt. + +Zum Beispiel + + -- cgit v1.2.1 From 1badf707f9ebd0642bb6a1d282059b6e867a44af Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Kuster Yanik Date: Mon, 18 Jul 2022 20:06:05 +0200 Subject: rearranged the introduction --- buch/papers/lambertw/teil0.tex | 67 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++--- 1 file changed, 63 insertions(+), 4 deletions(-) (limited to 'buch/papers/lambertw/teil0.tex') diff --git a/buch/papers/lambertw/teil0.tex b/buch/papers/lambertw/teil0.tex index ca172e5..f174ccb 100644 --- a/buch/papers/lambertw/teil0.tex +++ b/buch/papers/lambertw/teil0.tex @@ -3,14 +3,73 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Was sind Verfolgungskurven? \label{lambertw:section:teil0}} +\section{Was sind Verfolgungskurven? +\label{lambertw:section:teil0}} \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. -Verfolgungskurven entstehen immer, dann wenn ein Verfolger sein Ziel verfolgt. -Nämlich ist eine Verfolgungskurve die Kurve, die ein Verfolger abfährt während er sein Ziel verfolgt. -Zum Beispiel +\subsection{Verfolger und Verfolgungsstrategie +\label{lambertw:subsection:Verfolger}} +Wie bereits erwähnt, wird der Verfolger durch seine Verfolgungsstrategie definiert. Wir nehmen an, dass sich der Verfolger stur an eine Verfolgungsstrategie hält. Dabei gibt es viele mögliche Strategien, die der Verfolger wählen könnte. Die möglichen Strategien entstehen durch Festlegung einzelner Parameter, die der Verfolger kontrollieren kann. Der Verfolger hat nur einen direkten Einfluss auf seinen Geschwindigkeitsvektor. Mit diesem kann er neben Richtung und Betrag auch den Abstand zwischen Verfolger und Ziel kontrollieren. Wenn zwei dieser drei Parameter durch die Strategie definiert werden, ist der dritte nicht mehr frei. Daraus folgt, dass eine Strategie zwei dieser drei Parameter festlegen muss, um den Verfolger komplett zu beschreiben. + +\begin{tabular}{|>{$}l<{$}|>{$}l<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|} + \hline + \text{}&\text{Geschwindigkeit}&\text{Abstand}&\text{Richtung}\\ + \hline + \text{Strategie 1} + & \text{konstant} & \text{-} & \text{direkt auf Ziel hinzu}\\ + + \text{Strategie 2} + & \text{-} & \text{konstant} & \text{direkt auf Ziel hinzu}\\ + + \text{Strategie 3} + & \text{konstant} & \text{-} & \text{etwas voraus Zielen}\\ + \hline +\label{lambertw:Strategien} +\end{tabular} + +In der Tabelle \eqref{lambertw:Strategien} sind drei mögliche Strategien aufgezählt. Folgend 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 hinzu. In der Grafik \eqref{lambertw:pursuerDGL2} ist das Problem dargestellt. Wobei $\overrightarrow{V}$ der Ortsvektor des Verfolgers, $\overrightarrow{Z}$ der Ortsvektor des Ziels und $\overrightarrow{\dot{V}}$ der Richtungsvektor des Verfolgers ist. Die konstante Geschwindigkeit kann man mit der Gleichung +\begin{equation} + |\overrightarrow{\dot{V}}| + = + konst = A + \quad|A\in\mathbb{R}>0 +\end{equation} +darstellen. Der Richtungsvektor wiederum kann mit der Gleichung +\begin{equation} + \frac{\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}}{|\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}|} + = + \frac{\overrightarrow{\dot{V}}}{|\overrightarrow{\dot{V}}|} +\end{equation} +beschrieben werden. Durch die Subtraktion der Ortsvektoren $\overrightarrow{V}$ und $\overrightarrow{Z}$ entsteht ein Vektor der vom Punkt $V$ auf $Z$ 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 $V$ 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 deren rechten Seite skalar multipliziert, um das Gleichungssystem von zwei auf eine Gleichung zu reduzieren. +\begin{equation} + \label{pursuer:pursuerDGL} + \frac{\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}}{|\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}|}\cdot \frac{\overrightarrow{\dot{V}}}{|\overrightarrow{\dot{V}}|} + = + 1 +\end{equation} +Diese DGL ist der Kern des Verfolgungsproblems, insofern sich der Verfolger immer direkt auf sein Ziel zubewegt. + + + + + +\subsection{Ziel +\label{lambertw:subsection:Ziel}} +Als nächstes gehen wir auf das Ziel ein. Wie der Verfolger wird auch unser Ziel sich strikt an eine Fluchtstrategie halten, welche von Anfang an bekannt ist. 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) + = + \begin{Bmatrix} + 0\\ + t + \end{Bmatrix} +\end{equation} +beschrieben werden könnte. -- cgit v1.2.1 From c8634d0feb99ab7afc46c27831202cecc29c9252 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Kuster Yanik Date: Tue, 19 Jul 2022 16:47:17 +0200 Subject: Excluded unused parts. --- buch/papers/lambertw/teil0.tex | 89 +++++++++++++++++++++++++++--------------- 1 file changed, 58 insertions(+), 31 deletions(-) (limited to 'buch/papers/lambertw/teil0.tex') diff --git a/buch/papers/lambertw/teil0.tex b/buch/papers/lambertw/teil0.tex index f174ccb..73fe187 100644 --- a/buch/papers/lambertw/teil0.tex +++ b/buch/papers/lambertw/teil0.tex @@ -14,53 +14,78 @@ Verfolgungskurven tauchen oft auf bei fragen wie, welchen Pfad begeht ein Hund w \label{lambertw:subsection:Verfolger}} Wie bereits erwähnt, wird der Verfolger durch seine Verfolgungsstrategie definiert. Wir nehmen an, dass sich der Verfolger stur an eine Verfolgungsstrategie hält. Dabei gibt es viele mögliche Strategien, die der Verfolger wählen könnte. Die möglichen Strategien entstehen durch Festlegung einzelner Parameter, die der Verfolger kontrollieren kann. Der Verfolger hat nur einen direkten Einfluss auf seinen Geschwindigkeitsvektor. Mit diesem kann er neben Richtung und Betrag auch den Abstand zwischen Verfolger und Ziel kontrollieren. Wenn zwei dieser drei Parameter durch die Strategie definiert werden, ist der dritte nicht mehr frei. Daraus folgt, dass eine Strategie zwei dieser drei Parameter festlegen muss, um den Verfolger komplett zu beschreiben. -\begin{tabular}{|>{$}l<{$}|>{$}l<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|} - \hline - \text{}&\text{Geschwindigkeit}&\text{Abstand}&\text{Richtung}\\ - \hline - \text{Strategie 1} - & \text{konstant} & \text{-} & \text{direkt auf Ziel hinzu}\\ - - \text{Strategie 2} - & \text{-} & \text{konstant} & \text{direkt auf Ziel hinzu}\\ - - \text{Strategie 3} - & \text{konstant} & \text{-} & \text{etwas voraus Zielen}\\ - \hline -\label{lambertw:Strategien} -\end{tabular} +\begin{table} + \centering + \begin{tabular}{|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|>{$}c<{$}|} + \hline + \text{}&\text{Geschwindigkeit}&\text{Abstand}&\text{Richtung}\\ + \hline + \text{Strategie 1} + & \text{konstant} & \text{-} & \text{direkt auf Ziel hinzu}\\ + + \text{Strategie 2} + & \text{-} & \text{konstant} & \text{direkt auf Ziel hinzu}\\ + + \text{Strategie 3} + & \text{konstant} & \text{-} & \text{etwas voraus Zielen}\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{mögliche Verfolgungsstrategien} + \label{lambertw:Strategien} +\end{table} -In der Tabelle \eqref{lambertw:Strategien} sind drei mögliche Strategien aufgezählt. Folgend 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 hinzu. In der Grafik \eqref{lambertw:pursuerDGL2} ist das Problem dargestellt. Wobei $\overrightarrow{V}$ der Ortsvektor des Verfolgers, $\overrightarrow{Z}$ der Ortsvektor des Ziels und $\overrightarrow{\dot{V}}$ der Richtungsvektor des Verfolgers ist. Die konstante Geschwindigkeit kann man mit der Gleichung + + + +%\begin{figure} +% \centering +% \includegraphics{.\papers\lambertw\Bilder\pursuerDGL2.pdf} +% \label{pursuer:pursuerDGL2} +%\end{figure} + +In der Tabelle \eqref{lambertw:Strategien} sind drei mögliche Strategien aufgezählt. +Folgend 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 hinzu. +In der Grafik \eqref{lambertw:pursuerDGL2} ist das Problem dargestellt. +Wobei $\overrightarrow{V}$ der Ortsvektor des Verfolgers, $\overrightarrow{Z}$ der Ortsvektor des Ziels und $\overrightarrow{\dot{V}}$ der Geschwindigkeitsvektor des Verfolgers ist. +Die konstante Geschwindigkeit kann man mit der Gleichung \begin{equation} |\overrightarrow{\dot{V}}| - = - konst = A + = konst = A \quad|A\in\mathbb{R}>0 \end{equation} -darstellen. Der Richtungsvektor wiederum kann mit der Gleichung +darstellen. Der Geschwindigkeitsvektor wiederum kann mit der Gleichung \begin{equation} - \frac{\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}}{|\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}|} + \frac{\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}}{|\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}|}\cdot|\overrightarrow{\dot{V}}| = - \frac{\overrightarrow{\dot{V}}}{|\overrightarrow{\dot{V}}|} + \overrightarrow{\dot{V}} \end{equation} -beschrieben werden. Durch die Subtraktion der Ortsvektoren $\overrightarrow{V}$ und $\overrightarrow{Z}$ entsteht ein Vektor der vom Punkt $V$ auf $Z$ 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 $V$ 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. +beschrieben werden. +Durch die Subtraktion der Ortsvektoren $\overrightarrow{V}$ und $\overrightarrow{Z}$ entsteht ein Vektor der vom Punkt $V$ auf $Z$ 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 $V$ 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 deren rechten Seite skalar multipliziert, um das Gleichungssystem von zwei auf eine Gleichung zu reduzieren. -\begin{equation} +\begin{align} \label{pursuer:pursuerDGL} + \frac{\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}}{|\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}|}\cdot + \overrightarrow{\dot{V}} + &= + |\overrightarrow{\dot{V}}|^2 + \\ \frac{\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}}{|\overrightarrow{Z}-\overrightarrow{V}|}\cdot \frac{\overrightarrow{\dot{V}}}{|\overrightarrow{\dot{V}}|} - = + &= 1 -\end{equation} -Diese DGL ist der Kern des Verfolgungsproblems, insofern sich der Verfolger immer direkt auf sein Ziel zubewegt. - - - +\end{align} +Diese DGL ist der Kern des Verfolgungsproblems, insofern der Verfolger die Strategie 1 verwendet. \subsection{Ziel \label{lambertw:subsection:Ziel}} -Als nächstes gehen wir auf das Ziel ein. Wie der Verfolger wird auch unser Ziel sich strikt an eine Fluchtstrategie halten, welche von Anfang an bekannt ist. 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 +Als nächstes gehen wir auf das Ziel ein. +Wie der Verfolger wird auch unser Ziel sich strikt an eine Fluchtstrategie halten, welche von Anfang an bekannt ist. +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) = @@ -70,6 +95,8 @@ Als nächstes gehen wir auf das Ziel ein. Wie der Verfolger wird auch unser Ziel \end{Bmatrix} \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 DGL immer komplexer. -- cgit v1.2.1