平面奇摄动系统分支问题研究

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本文旨在研究平面跨临界型转点处的分支现象和带有截断项的扩展FKPP方程行波解的异宿轨道分支.近年来,利用几何奇摄动结合动力系统理论研究奇摄动系统的分支现象已得到了较大的发展.如奇摄动系统中的鸭现象,奇摄动系统中的同、异宿轨分支等.但由于奇摄动系统的特殊性,其分支理论与方法还有待进一步的发展和完善.本文运用几何奇摄动理论和动力系统中的方法研究平面奇摄动系统中的几类分支现象,并推广了前人的一些结果.全文共分三章.谨将具体内容和研究结果概述如下:第一章简单介绍了奇异摄动的几何理论,叙述了鸭现象和带有截断项的反应扩散方程行波解的发展过程、背景及现状,介绍了本文的工作并提出了一些待解决的问题.第二章研究了平面跨临界型转点处的分支现象,重点关注于鸭的产生过程及松弛振荡环的消失.鸭现象的研究始于80年代对van der Pol方程的研究,它的产生一般有两种机制,一是退化系统的平衡点通过临界流形的折点,二是临界流形的自相交.鸭现象的一个重要特征是由Hopf分支出的小极限环在控制参数的指数小变化范围内其振幅发生巨大改变进而变成松弛振荡环.本章研究了平面跨临界转点处鸭解的存在性、最大鸭的参数展开式、松弛振荡环的消失以及从Hopf分支到鸭爆炸之间小极限环的结构问题.该部分内容不同于经典鸭模型,是两种鸭的产生机制的综合,有着更复杂的动力学行为.第三章研究了带有截断项的扩展FKPP方程.带有截断项反应扩散方程的研究始于Brunet和Derrida (1997)对离散N-粒子系统的临界波速与在连续假设下得到的临界波速之间存在偏离问题的研究,截断项的引入使得方程能更好的反应原系统的粒子性.在本章中我们首先利用几何奇摄动理论结合渐近方法得到了带有截断项的扩展FKPP方程临界波速的存在性及其渐近展开式,然后利用指数二分法和Evans函数方法得到了行波解在指数加权空间中的局部渐近稳定性.
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