《时滞动力学系统的分岔与混沌(上册)》:
1.1.2 理论与算法
考虑自治系统,即(1-2)对某个,有,其中。是连续有界单参族的线性算子,即包含非线性项,至少是二次项以上,即
为了简洁,假设无穷可微,且对于小的卢,厂和L,.解析依赖于分岔参数。实际上,在大多数应用中,对厂有C4的假设,关于L,.对卢有C2的假设即可。
对于系统(l-2)解的定义及对初值问题光滑解的存在性与唯一性定理,读者可见文献。本节的理论依赖于系统(1-2)中心流形的存在性,在谱假设条件下,中心流形是包含原点的某个局部不变的。局部吸引的二维流形。Chafeec9]在此假设条件下,已经证明存在一个中心流形。
按照Chafeec和Halec的方法,考虑系统(1-2)的解是在中的元素,即解连续映射初值到。如果。,那么初始值必须满足恰当的扩展假设,我们仅对周期解感兴趣,相应于解z的一个轨道在C中是一条曲线,即一个周期解的轨道是C中的一条闭曲线。
注意在以后讨论的每个系统中,对于所有正的时间,至少对小的初值,解的全局存在性可立即从和的形式中获得。
转向线性问题,,由Riesz表示定理,存在一个卵×卵阶矩阵值函数,即,使得77的每个分量有有界变差,且对所有声,有(1-3)
特别地对于谱,作出通常的Hopf假设的谱为(1-4)存在一对复共轭特征值和,使得,且(横截性假设)(1-5)并且的所有其他元素在处有负实部。因此,我们将研究系统(1-2)当接近0时,从平衡解0的小振幅周期解的Hopf分岔。
正如在Hassard等指出的,系统(1-2)的分岔周期解由小的参数£来度量且£≥0,解Z(f有振幅,周期和具有的非零Floquet指数。这里在我们的假设下,t和有收敛的展式,即(1-6)其中,卢的符号(正与负)决定分岔的方向,P/的符号(正与负)决定的稳定性,如果p2<0,则是轨道渐近稳定的,如果p2>0,则是不稳定的。
现在证明在展式(1-6)中怎样获得它们的系数,在以后的应用中,我们仅计算和。为此,只需要函数在处的二阶和三阶偏导数的值,以及和。在本节的末尾,我们给出计算和的具体公式。
我们改写式(1-2)为,这里,且,因为,因此式(1-7)变为
现在设q(0)是A(o)相应于A(O)的特征函数,因此有,的伴随算子定义为,为了简化记号,我们记为。
A和A。的域分别为和,为了计算上的方便,我们允许函数在中替,因为是的特征值,是的特征值,且对于某个非零,我们有
正如文献[9]所述,对于,定义内积为
对于意味着,这里和是和的分量,那么,如果,我们有
由下面的条件正规化和,即
当然(1-12)这是因为是A的单重特征值。
现在,对于系统(1-7)在0处的一个中心流形力是一个局部不变的,在C中吸引两维流形。如果我们定义(1-13)且(1-14)其中,z,是式(1-7)的一个解,那么在中心流形(1-15)
实际上,在C中,对于和可是局部坐标,如果,是实的,那么训是实的。
我们仅处理实数解z,,容易看到(1-16)中心流形的存在性使我们把式(1-7)变为在Q上单复变量的常微方程。在处,这个方程为(1-17)缩写形式,上面方程变为
我们的目的是展开为和幂的级数,以便在这些展开式中获得式(1-6)中和现的系数。为了能够展开,我们必须确定式(1-15)中的系数训。写出叫,并利用式(1-17)和式(1-7)有再写为而(1-19)利用式(1-15),有
另一方面,在上,有(1-20)从式(1-15),式(1-17)式(1-20)通过比较,相似项,对于粗值向量,我们可以获得常微分方程,即(1-21)其中,依赖于系数,可以利用式(1-21)来计算,因为在每一步所有出现在右边的训。已确定。
显然,和依赖于,不依赖于任何。因为叫是实数,所以。对于某个和某些和,方程(1-21)给出下面解的形式,即(1-22)其中。
一旦确定,微分方程(1.17)对于2是明显的,且可以写为(1-23)其中那么我们可以仅利用Hassard万法,即(1-24),(1-25)且(1-26)其中的符号决定分岔方向,p的符号决定分岔周期解的稳定性。
……
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