离散动力系统的仿射周期轨道

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hzfjl
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
周期性在自然界中是一个非常常见的现象.现实世界里有许多现象都在不同程度上表现出某种周期性,因此关于周期性的相关理论一直是动力系统理论研究中的核心课题之一.但并不是所有的自然现象都可以用单纯的周期性来描述,在周期解的基础上发展而来的拟周期解、概周期解、几乎自守解等概念很好地描述了一些在时间上近似周期的自然现象.事实上,有一些系统的模型不仅具有时间上的周期性,而且具有空间上的对称性.Y Li等人在研究连续动力系统周期解的过程中提出了仿射周期性的概念,并称具有仿射周期性的系统为仿射周期系统,证明了连续动力系统仿射周期解的存在性.离散动力系统的周期性问题同样是人们所广泛关注的课题,本篇博士论文主要讨论了离散动力系统的仿射周期轨道的存在性问题.在第一章中,我们给出了离散的(Q,N)-仿射周期系统,以及(Q,N)-仿射周期轨道等基本概念,这些基本概念在后面的研究中有着重要的作用.对于离散动力系统xn+1-xn=f(n,xn),(0.0.1)其中n∈N,f:N×Rm→Rm关于xn连续.若有N∈N+,Q∈GL(m),满足f(n+N,x)=Qf(n,Q-1x)(?)(n,x)∈N×Rm.则称系统(0.0.1)为(Q,N)-仿射周期系统.在第二章中,我们讨论了(Q,N)-仿射周期系统(0.0.1)的仿射周期轨道存在性,其中Q∈O(m)在2.1节中,借助于系统(0.0.1)的辅助系统xn+1-xn=λf(n,xn),(0.0.2)其中n∈N,f:N×Rm→Rm关于xn连续,Q∈O(m),λ∈[0,1]我们给出了系统(0.0.1)的仿射周期轨道的存在性定理,其具体内容如下:定理0.0.1设D (?) Rm是一个有界开集.若辅助系统(0.0.2)满足下面条件(H1)对每个λ∈[0,1],系统(0.0.2)的每个可能的仿射周期轨道{xnn∈N}满足xn≠(?)D,n∈N;(H2)当Ker(,一Q)≠{0}时,Brouwer度deg(g,D∩Ker(I-Q),0)≠0,其中g(a)=1/N∑k=0N-1Pf(k,a),P:Rm→Ker(I-Q)是正交射影.则系统(0.0.1)至少存在一个(Q,N)-仿射周期轨道.通过构造同伦映射,利用拓扑度理论,我们在2.1节对定理0.0.1进行了证明.这个定理提供了一种在理论上研究仿射周期轨道的存在性的拓扑方法.在实际应用中,为了能更加直接地判断仿射周期轨道的存在性,我们利用定理0.0.1的结果在2.2节中得到了两个基于Lyapunov函数方法的结论,具体内容如下:定理0.0.2考虑系统(0.0.1).若存在函数Vi:Rm→R,i=0,1,2,…,l和σ>0,使得(H3)对于足够大的Mi,有|(▽Vi(xn),f(n,xn))|≥σ>0 (?)|xn|≥Mi,i=0,1,2,…,l,n∈N.并且当Ker(I-Q)≠{0}时,对于任意的xn∈Ker(I-Q),都有|(▽Vi(xn),Pf(n,xn)>|≥σ>0 (?)xn∈Ker(I-Q);|xn|≥Mi,i=0,1,2,…,l,其中n∈N,P:Rm→Ker(I-Q)是一个正交射影;(H4)若(▽Vi(xn),f(n,xn))>0,则Hessian矩阵((?)2V/(?)xi(?)xi)是半正定的,若<▽Vi(xn),f(n,xn)><0,则Hessian矩阵((?)2V/(?)xi(?)xj)是半负定的;(H5)当|xn|→∞时,(H6)当Ker(I-Q)≠{0}时,Brouwer度deg(▽V0,BM0∩Ker(I-Q),0)≠0,其中Bρ={p∈Rm:|p|<ρ}.则系统(0.0.1)至少存在一个(Q,N)-仿射周期轨道.定理0.0.3考虑系统(0.0.1).若存在C1函数V:D→R满足(H7)D(?)Rm是一个有界开集;(H8)存在一个正常数σ,使得<▽V(xn),f(n,xn)>≥σ(?)(n,xn)∈N×(?)D;并且当Ker(I-Q)≠{0}时,<▽V(xn),Pf(n,xn)>≥σ(?)(n,xn)∈N×(?)(D∩Ker(I-Q));其中P:Rm→Ker(I-Q)是一个正交射影;(H9)当Ker(I-Q)≠{0}时,Brouwer度deg(▽V(xn),D∩Ker(I-Q),0)≠0.则系统(0.0.1)至少存在一个(Q,N)-仿射周期轨道{xn*:n∈N},且对于任意的n∈N,都有xn*∈D.上面两个结果分别从不同的方向给出了利用Lyapunov函数判断仿射周期轨道存在性的判别条件,我们在这一节中还给出了定理0.0.2的一个应用实例.不变域原理是研究微分方程周期解的重要方法,但用不变域原理研究拟周期解或概周期解的成果很少.在2.3节中,我们证明了一个离散仿射周期系统上的不变域原理.仿射周期轨道可以在某种程度上看作是拟周期的,因此我们的定理拓宽了不变域原理的应用范围.这一定理的具体内容如下:定理0.0.4设D(?)Rm为一个有界的单连通开集,D的边界(?)D分段光滑.对于系统(0.0.1),记函数f的壳为H(f).若下面条件成立(H10)对于任意的(n,p)∈N×(?)D以及h∈H(f),h(n,p)都指向D的内部;(H11)令其中P:Rm→Ker(I-Q)是一个正交射影.对于所有的α∈(?)D,都有g(α)≠0.则系统(0.0.1)至少存在一个(Q,N)-仿射周期轨道{xn*:n∈N},且对于任意的n∈N,都有xn*∈D.在微分方程定性理论中,具有某种稳定性的系统是否蕴含着某种有界解是人们通常关心的问题,例如某系统具有稳定性,那么该系统是否存在周期解、拟周期解或概周期解?我们在第三章中证明了一个关于离散(Q,N)-仿射周期系统(0.0.1)的更加直观的,基于不动点理论的关于稳定仿射周期轨道存在性的结果,其中Q∈O(m).定理0.0.5考虑系统(0.0.1).设a:N→R+\{0},满足r=limk→∞akN<1.若下面条件成立(H12)系统(0.0.1)存在一个轨道{zn:n∈N];(H13)任何两个轨道{xn,x0:n∈N|,{yn,yn:n∈N},满足|xn,x0-yn,y0|≤ an|x0-y0|,n∈N.则系统(0.0.1)存在唯一渐近稳定的(Q,N)-仿射周期轨道.定理0.0.6考虑系统(0.0.1).若系统(0.0.1)是渐近稳定的,则系统(0.0.1)有唯一渐近稳定的(Q,N)-仿射周期轨道.耗散系统作为一种重要的系统广泛地存在于自然界当中,对于耗散系统的周期性研究在理论和应用中有着重要的意义.在第四章中,我们主要研究了离散(Q,N)-仿射耗散系统的周期轨道的存在性,其中Q∈GL(m)主要结论如下:定理0.0.7若系统(0.0.1)是仿射耗散系统,则系统(0.0.1)存在(Q,N)-仿射周期轨道.
其他文献
Armendariz环的概念是由Rege和Chhawchharia于1997年提出来的.设R为环,任取f,g ∈ R[x],其中若FG=0蕴含aiBJ=0,(?)0≤i≤n,0 ≤J≤m,则环R称为Armendariz环.之所以采用Armendariz环这个术语,是因为Armendariz于1974年证明了:约化环是Armendariz环Rege和Chhawchharia给出了很多Armendar
KAM理论[1,4,5]是20世纪最杰出的数学成就之一,KAM方法不仅可以用来证明近可积Hamilton系统[4-12], Poisson系统[13-16]和无穷维Hamilton系统[17-20]不变环面的存在性,它在拟周期线性系统的约化[21-30],以及保体积映射轨道稳定性[31-36]等问题中也有着广泛应用.在现实生活中,很多数学物理问题都可以归结为保体积映射的动力系统问题[8,37-39
低原子序数元素和化合物是宇宙的重要组成成份。在高压作用下(有时结合高温),这些轻质的单质或化合物的结构可以发生转变,甚至能出现意想不到的特性,比如,“金属氢”和“聚合氮”一直是高压科学的热点问题。本论文将针对几个典型含有H、N、C元素的有机环状小分子体系进行系统的高压研究。对于含轻元素的有机小分子体系,其晶体内部既存在原子间的强共价相互作用,又存在分子间的弱相互作用(氢键、电荷转移、范德华作用力等
种群生态学这一学科起源于人口统计学、应用昆虫学和水产资源学.是研究生态环境中种群动态与环境作用关系的科学.研究方法是通过数学模型理解、解释、预测生态社会各物种数量的变化规律.从而更好地保护我们赖以生存的地球上的自然界中的物种.20世纪初,人们建立确定性模型讨论种群生态系统Lotka-Volterra模型是人们为了便于研究种群的生态系统人为建立的模型,它对于整个生态理论来说具有跨时代意义,它开启了生
矩阵方程是矩阵理论中的重要内容,关于线性和非线性矩阵方程的研究一直是人们关注的重要课题之一,在数学本身以及许多其他自然科学中应用非常广泛.随着近现代自然科学和工程技术的发展,在许多领域都产生了非线性问题,非线性矩阵方程在运输理论,动态规划,梯形网格,统计学等科学和工程计算中都有广泛的应用,因此对非线性矩阵方程的研究成为计算数学中最受关注的热点问题之一本文主要研究求解非线性矩阵方程A的Newton迭
高阶扩散方程具有鲜明的背景和丰富的理论内涵,在过去几十年得到了广泛的关注.本文主要研究四阶Cahn-Hilliard/Allen-Cahn方程,浓度相关迁移率的六阶对流Cahn-Hilliard方程以及六阶油、水、表面活性剂模型.在第二章中,我们研究如下Cahn-Hilliard/Allen-Cahn方程具有边值条件以及初值条件我们研究问题(1)-(3)整体吸引子的存在性.整体吸引子是动力系统重要
多点边值问题是一类典型的非线性问题,它广泛地出现在物理、工程、生物等众多领域,可用于刻画多点支持桥梁、弹性稳定性理论以及有N部分不同密度组成均匀截面的悬链线等现象。本论文的第一部分主要研究一类多点边值问题,内容包括:一、多点边值问题解的存在性以及解的相关性质;二、由于此类问题一般无法求出解析解,我们给出一些有效的数值解法。第一部分主要研究多点支持桥梁所满足的二阶三点边值问题,我们分别在共振和非共振
印记基因(Imprinted genes)在小鼠骨骼肌发育过程中具有重要作用。印记基因大多数成簇分布在染色体的不同区域上,其中Dlk1-Dio3印记区域已被广泛研究。有研究表明,Dlk1-Dio3印记区域可能被一个或多个印记调控中心(ICR)或差异甲基化区域(DMRs)调控,但具体机制尚不清楚。在小鼠,该印记区域位于第12号染色体上,跨度约为830kb,包括母系基因(Meg3,Mirg和miRNA
随着各种大型地基望远镜和太空望远镜等天文观测技术的不断发展,人们获得了大量前所未有的高分辨率、高信噪比的天体光谱。这些高质量光谱为研究各类天体的结构、状态以及演化带来新的机遇和挑战。天体中化学元素的丰度及其演化与很多天体问题密切相关。应用原子谱线的振子强度对天体光谱的强度进行分析可获得天体元素丰度。天文学家根据对丰度分析和合成光谱计算的研究经验指出,实验方法得到的振子强度较理论计算结果更准确。目前
量子纠缠不仅是量子力学区别于经典力学的重要特征之一,也是量子通信和信息处理的主要核心资源。所以许多量子通信和信息处理任务如量子隐形传态、量子密集编码、量子密钥分配等,都需要量子纠缠来得以实现。但现实中的物理系统,都不可避免的与环境发生相互作用,由此导致的退相干将破坏整个量子系统的纠缠资源。因此,关于开放系统中纠缠动力学的研究,不仅可以加深人们对量子物理基本问题的认识,而且对于量子信息技术的发展具有