Liczba obrotu i twierdzenie Poincare go o klasyfikacji homeomorfizmów okręgu.

Podobne dokumenty
Podkowa Smale a jako klasyk chaosu

ZADANIA PRZYGOTOWAWCZE DO EGZAMINU Z UKŁADÓW DYNAMICZNYCH

Jęzory Arnolda, diabelskie schody, czarne dziury i synchronizacja w oscylatorach biologicznych.

Fale biegnące w równaniach reakcji-dyfuzji

Zbiory liczbowe widziane oczami topologa

II. Równania autonomiczne. 1. Podstawowe pojęcia.

ϕ(t k ; p) dla pewnego cigu t k }.

Wstęp do przestrzeni metrycznych i topologicznych oraz ich zastosowań w ekonomii

Matematyka liczby zespolone. Wykład 1

Topologia Algebraiczna - Pomocnik studenta. 1. Język teorii kategorii

1 Określenie pierścienia

Wykład 10. Stwierdzenie 1. X spełnia warunek Borela wtedy i tylko wtedy, gdy każda scentrowana rodzina zbiorów domkniętych ma niepusty przekrój.

Twierdzenie Li-Yorke a Twierdzenie Szarkowskiego

WYKŁAD Z ANALIZY MATEMATYCZNEJ I. dr. Elżbieta Kotlicka. Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki

1 Zbiory. 1.1 Kiedy {a} = {b, c}? (tzn. podać warunki na a, b i c) 1.2 Udowodnić, że A {A} A =.

FUNKCJE. 1. Podstawowe definicje

Topologia - Zadanie do opracowania. Wioletta Osuch, Magdalena Żelazna, Piotr Kopyrski

czyli o szukaniu miejsc zerowych, których nie ma

II. Funkcje. Pojęcia podstawowe. 1. Podstawowe definicje i fakty.

Funkcje: wielomianowa, wykładnicza, logarytmiczna wykład 2

Topologia I Wykład 4.

Grupa klas odwzorowań powierzchni

Układy liniowo niezależne

WŁASNOŚCI FUNKCJI MONOTONICZNYCH

Analiza matematyczna. 1. Ciągi

Roger Bacon Def. Def. Def Funktory zdaniotwórcze

TEST A. A-1. Podaj aksjomaty przestrzeni topologicznej według W. Sierpińskiego: aksjomaty

Przestrzeń unitarna. Jacek Kłopotowski. 23 października Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Liczby i funkcje

A-1. Podaj aksjomaty przestrzeni topologicznej według W. Sierpińskiego: aksjomaty

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Liczby i funkcje

III. Układy liniowe równań różniczkowych. 1. Pojęcie stabilności rozwiązań.

Matematyka dyskretna

2. FUNKCJE. jeden i tylko jeden element y ze zbioru, to takie przyporządkowanie nazwiemy FUNKCJĄ, lub

Analiza matematyczna 1 - test egzaminacyjny wersja do ćwiczeń

Paradoksalny rozkład kuli

Analiza Matematyczna. Właściwości funkcji ciagłych

Elementy logiki matematycznej

Funkcje: wielomianowa, wykładnicza, logarytmiczna wykład 3

Topologia I*, jesień 2012 Zadania omawiane na ćwiczeniach lub zadanych jako prace domowe, grupa 1 (prowadzący H. Toruńczyk).

Proces rezerwy w czasie dyskretnym z losową stopą procentową i losową składką

Liczby zespolone. P. F. Góra (w zastępstwie prof. K. Rościszewskiego) 27 lutego 2007

Szeregi liczbowe. Analiza Matematyczna. Alexander Denisjuk

Pierścień wielomianów jednej zmiennej

Aproksymacja diofantyczna

Wektor, prosta, płaszczyzna; liniowa niezależność, rząd macierzy

DENJOY DAWNIEJ I DZIŚ P. Walczak, Będlewo 2007

Ciągłość i topologia. Rozdział Ciągłość funkcji wg. Cauchy

Wstęp do układów statycznych

Finanse i Rachunkowość studia niestacjonarne Wprowadzenie do teorii ciągów liczbowych (treść wykładu z 21 grudnia 2014)

O liczbach niewymiernych

Przekształcenia liniowe

Funkcje ciagłe. Matematyka. Aleksander Denisiuk. Elblaska Uczelnia Humanistyczno-Ekonomiczna ul. Lotnicza Elblag.

Wykład 3 Jednowymiarowe zmienne losowe

Matematyka dyskretna

Funkcje i ich własności. Energetyka, sem.1 (2017/2018) Matematyka #3: Funkcje 1 / 43

1. Elementy (abstrakcyjnej) teorii grup

Rodzinę F złożoną z podzbiorów zbioru X będziemy nazywali ciałem zbiorów, gdy spełnione są dwa następujące warunki.

Matematyka. Justyna Winnicka. Na podstawie podręcznika Matematyka. e-book M. Dędys, S. Dorosiewicza, M. Ekes, J. Kłopotowskiego.

Matematyka i Statystyka w Finansach. Rachunek Różniczkowy

Pochodna funkcji. Pochodna funkcji w punkcie. Różniczka funkcji i obliczenia przybliżone. Zastosowania pochodnych. Badanie funkcji.

Działanie grupy na zbiorze

Wykład 5. Informatyka Stosowana. 7 listopada Informatyka Stosowana Wykład 5 7 listopada / 28

Robert Kowalczyk. Zbiór zadań z teorii miary i całki

Wykłady ostatnie. Rodzinę P podzbiorów przestrzeni X nazywamy σ - algebrą, jeżeli dla A, B P (2) A B P, (3) A \ B P,

Temat: Liczby definicje, oznaczenia, własności. A n n a R a j f u r a, M a t e m a t y k a s e m e s t r 1, W S Z i M w S o c h a c z e w i e 1

Pochodna funkcji. Zastosowania pochodnej. Badanie przebiegu zmienności

n=0 Dla zbioru Cantora prawdziwe są wersje lematu 3.6 oraz lematu 3.8 przy założeniu α = :

FUNKCJE. Rozwiązywanie zadań Ćw. 1-3 a) b) str Ćw. 5 i 6 str. 141 dodatkowo podaj przeciwdziedzinę.

TwierdzeniePoincaré 1 Bendixsona 2

Zasada indukcji matematycznej

Zbiór zadań z Układów Dynamicznych. Krzysztof Barański Michał Krych Anna Zdunik

Pojęcie funkcji. Funkcje: liniowa, logarytmiczna, wykładnicza

Rys. 11: Pomocne wykresy.

Filtry i nety w przestrzeniach topologicznych

Informacja o przestrzeniach Sobolewa

Zadania do Rozdziału X

Matematyka ETId I.Gorgol. Funkcja złożona i odwrotna. Funkcje

Definicja 7.4 (Dystrybuanta zmiennej losowej). Dystrybuantą F zmiennej losowej X nazywamy funkcję: Własności dystrybuanty zmiennej losowej:

TEORIA CHAOSU. Autorzy: Szymon Sapkowski, Karolina Seweryn, Olaf Skrabacz, Kinga Szarkowska

Grupy. Permutacje 1. (G2) istnieje element jednostkowy (lub neutralny), tzn. taki element e G, że dla dowolnego a G zachodzi.

PRACA MAGISTERSKA DYSKRETNY NIELINIOWY UKŁAD SEMIDYNAMICZNY UNIWERSYTET JAGIELLOŃSKI

Macierze - obliczanie wyznacznika macierzy z użyciem permutacji

Pojęcie funkcji. Funkcja liniowa

Wykład z modelowania matematycznego.

Zbiory, funkcje i ich własności. XX LO (wrzesień 2016) Matematyka elementarna Temat #1 1 / 16

G. Plebanek, MIARA I CAŁKA Zadania do rozdziału 1 28

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Szeregi funkcyjne. Szeregi potęgowe i trygonometryczne. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

Matematyka ETId Elementy logiki

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 3

Funkcje. Część druga. Zbigniew Koza. Wydział Fizyki i Astronomii

AM1.2 zadania 14. Zadania z numerami opatrzonymi gwiazdka


Całka podwójna po prostokącie

Zmienne losowe. dr Mariusz Grzadziel. rok akademicki 2016/2017 semestr letni. Katedra Matematyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Technikum Nr 2 im. gen. Mieczysława Smorawińskiego w Zespole Szkół Ekonomicznych w Kaliszu

1 Działania na zbiorach

1. Funkcje monotoniczne, wahanie funkcji.

Twierdzenie o liczbach pierwszych i hipoteza Riemanna

Transkrypt:

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 1/1 Liczba obrotu i twierdzenie Poincare go o klasyfikacji homeomorfizmów okręgu. Justyna Signerska jussig@wp.pl Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, Politechnika Gdańska

Liczba obrotu: definicja i własności II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 2/1

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 3/1 Odwzorowanie okręgu Niech S 1 R/Z i π : R S 1 będzie naturalną projekcją. Uwaga Jeżeli odwzorowanie okręgu ϕ : S 1 S 1 jest ciagłe, to istnieje ciagłe odwzorowanie f : R R takie, że poniższy diagram jest przemienny: R f R π π S 1 ϕ S 1 Wówczas f nazywamy podniesieniem ϕ.

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 4/1 Stopień odwzorowania okręgu Uwaga Jeśli f : R R jest podniesieniem ϕ do R to spełniony jest warunek: ϕ(z) = e 2πi f(x) dla z = e 2πix, x R. Podniesienie f jest wyznaczone jednoznacznie z dokładnościa do przesunięcia o liczbę całkowita: f(x) = f(x) + k, k Z. Istnieje stała d taka, że f(x + 1) = f(x) + d dla wszystkich x R. d nazywamy stopniem odwzorowania ϕ (stopień odwzorowania nie zależy od wyboru podniesienia f ).

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 5/1 Podniesienie homeomorfizmu okręgu Uwaga Jeżeli ϕ : S 1 S 1 jest homeomorfizmem, to podniesienie f : R R jest monotonicznie rosnac a funkcja spełniajac a f(x + 1) = f(x) + 1, x R (1) lub malejac a o analogicznej własności f(x + 1) = f(x) 1, x R, (2) co oznacza, że homeomorfizm okręgu jest zawsze stopnia 1 lub 1. Definicja Mówimy, że homeomorfizm okręgu ϕ : S 1 S 1 zachowuje orientację, jeśli jego podniesienie f spełnia (1). W przeciwnym wypadku (tj. gdy zachodzi (2)) mówimy, że ϕ zmienia orientację.

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 6/1 Liczba obrotu Twierdzenie Niech ϕ : S 1 S 1 będzie homeomorfizmem i f : R R będzie podniesieniem ϕ. Dla każdego x 0 R granica lim n 1 n f n (x 0 ) = (3) istnieje i nie zależy od wyboru x 0. Jest ona liczba wymierna wtedy i tylko, gdy ϕ ma orbitę periodyczna. Definicja Liczbę nazywamy liczba obrotu odwzorowania f. Liczba obrotu homeomorfizmu ϕ : S 1 S 1 nazywamy liczbę [0, 1) określona jako = k obrotu podniesień f k : R R. mod 1, gdzie k sa liczbami

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 7/1 Własności liczby obrotu Twierdzenie Jeśli homeomorfizm ψ : S 1 S 1 zachowuje orientację, to (ψ 1 ϕψ) = (ϕ). Fakt Niech ϕ : S 1 S 1 będzie homeomorfizmem zachowujacym orientację takim, że Q. Wówczas wszystkie orbity periodyczne maja ten sam okres. Twierdzenie Liczba obrotu ( ) jest ciagła w topologii C 0.

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 8/1 Własności liczby obrotu Niech ϕ 0, ϕ 1 : S 1 S 1 będa homeomorfizmami zachowujacymi orientację. Określmy homotopię pomiędzy ϕ 1 i ϕ 2 jako ϕ t = tϕ 0+(1 t)ϕ 1 tϕ 0 +(1 t)ϕ 1, t [0, 1]. Niech f 0 i f 1 będa podniesieniami ϕ 0 i ϕ 1 odpowiednio, uzyskanymi poprzez podniesienie tej homotopii do R. Definicja Powiemy, że ϕ 0 ϕ 1, jeśli f 0 (x) < f 1 (x) dla każdego x R. Twierdzenie Liczba obrotu ϕ( ) jest monotoniczna: jeśli ϕ 1 ϕ 2, to (ϕ 1 ) (ϕ 2 ).

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 9/1 Monotoniczność liczby obrotu Twierdzenie Jeśli ϕ 1 ϕ 2 oraz (ϕ 1 ) R \ Q, to (ϕ 1 ) < (ϕ 2 ). Twierdzenie Niech ϕ : S 1 S 1 będzie homeomorfizmem zachowujacym orientację o wymiernej liczbie obrotu (ϕ) = p/q, lecz posiadajacym również punkty nieokresowe. Wtedy wszystkie dostatecznie małe perturbacje ϕ spełniajace ϕ ϕ lub wszystkie dostatecznie małe perturbacje ϕ takie, że ϕ ϕ maja liczbę obrotu (ϕ) = p/q.

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 10/1 Diabelskie schody Definicja Monotoniczna funkcję ciagł a F : [0, 1] R nazywamy diabelskimi schodami, jeżeli istnieje rodzina {I α } α A rozłacznych otwartych podprzedziałów odcinka [0, 1], których suma jest gęsta w [0, 1] i na których funkcja F przyjmuje stałe wartości, różne dla α 1 = α 2.

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 11/1 Monotonicznośc liczby obrotu - c.d. Twierdzenie Niech { t} t [0,1] będzie monotoniczna ciagła rodzina homeomorfizmów S 1 zachowujacych orientację taka, że przyporzadkowanie : t (ϕ t ) nie jest stałe. Jeśli istnieje zbiór gęsty A Q taki, że żadne z odwzorowań ϕ t nie jest topologicznie sprzężone z obrotem R α dla α A, to odwzorowanie ( ) tworzy diabelskie schody.

Klasyfikacja Poincare go II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 12/1

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 13/1 Wymierna liczba obrotu Twierdzenie Niech ϕ : S 1 S 1 będzie homeomorfizmem zachowujacym orientację o wymiernej liczbie obrotu (ϕ) = p/q. Wówczas istnieja dwa możliwe rodzaje orbit nieokresowych odwzorowania ϕ: jeśli ϕ ma dokładnie jedna orbitę okresowa, to każdy inny punkt jest heterokliczny względem odwzorowania ϕ q do dwóch punktów na orbicie periodycznej, różnych jeśli orbita periodyczna nie jest jednopunktowa, jeśli ϕ ma więcej orbit okresowych, to każdy punkt nieperiodyczny jest heterokliniczny pod działaniem ϕ q do dwóch punktów na różnych orbitach okresowych.

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 14/1 Niewymierna liczba obrotu Twierdzenie [Poincaré] Niech homeomorfizm ϕ : S 1 S 1 zachowujacy orientację ma niewymierna liczbę obrotu. Wówczas: jeśli ϕ jest tranzytywne, to jest sprzężone z obrotem R (ϕ), jeśli ϕ nie jest tranzytywne, to jest semisprzężone z obrotem R (ϕ) za pomoca monotonicznego ciagłego nieodwracalnego odwzorowania H : S 1 S 1.

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 15/1 Typy orbit a liczba obrotu wymierna liczba obrotu = p/q Q I. orbity periodyczne o tym samym okresie równym q i uporzadkowane w ten sam sposób jak orbity obrotu R II. orbity homokliniczne do danej orbity okresowej III. orbity heterokliniczne do dwóch różnych orbit okresowych

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 16/1 Typy orbit a liczba obrotu niewymierna liczba obrotu = α R \ Q I. orbity gęste w S 1 i uporzadkowane w ten sam sposób jak orbity obrotu R II. orbity gęste w zbiorze Cantora III. orbity homokliniczne do zbioru Cantora

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 17/1 Homeomorfizm odwracajacy orientację Twierdzenie Niech ϕ : S 1 S 1 będzie homeomorfizmem odwracajacym orientację. Wówczas ϕ ma dokładnie dwa punkty stałe i liczbę obrotu równa 0.

II Interdyscyplinarne Warsztaty Matematyczne p. 18/1 Bibliografia 1. Hasselblatt, B., Katok, A., A First Course in Dynamics, Cambridge University Press, 2003. 2. Katok, A., Hasselblatt, B., Mendoza, L., Introduction to the Modern Theory of Dynamical Systems, Cambridge University Press, 1993. 3. Misiurewicz, M., Rotation Theory. 4. Szlenk, W., An Introduction to the Theory of Smooth Dynamical Systems, PWN, Warszawa 1984.