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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17689
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Sistemas dinâmicos em três dimensões com integrais primeiras Liouvillianas: abordagens concretas |
Título(s) alternativo(s): | Dynamic systems in three dimensions with Liouvillian first integrals: concrete approaches |
Autor: | Eiras, João Paulo Coutinho ![]() |
Primeiro orientador: | Mota, Luís Antônio Campinho Pereira da |
Primeiro coorientador: | Duarte, Luiz Guilherme Silva |
Primeiro membro da banca: | Fonseca Júnior, Cesar Augusto Linhares da |
Segundo membro da banca: | Aranha, Rafael Fernandes |
Terceiro membro da banca: | Reis, Fernando Pereira Paulucio |
Quarto membro da banca: | Koiller, Jair |
Quinto membro da banca: | Dutra, Rafael De Sousa |
Resumo: | Nesta tese apresentamos um método semi algorítmico para determinar integrais primeiras Liouvillianas de sistemas dinâmicos polinomiais em três dimensões. O procedimento que apresentamos aqui é uma extensão do que construímos em minha dissertação de mestrado (onde buscávamos integrais primeiras elementares) e segue, inicialmente, uma linha análoga. Contudo, no caso de integrais primeiras Liouvillianas não elementares, a estrutura do fator integrante muda e, assim, para determiná-lo, se torna necessário a determinação de fatores exponenciais. Dessa maneira, neste trabalho, aprimoramos o método mostrado em (1) e desenvolvemos dois algoritmos (semi): O primeiro é uma extensão do método mostrado em (1, 2) e necessita do cômputo de polinômios de Darboux e fatores exponenciais do campo vetorial associado ao sistema dinâmico; o segundo é baseado em uma técnica análoga à que foi desenvolvida em (3) e se apoia na determinação de campos vetoriais em duas dimensões associados ao campo vetorial 3D original. Também fazemos duas aplicações teóricas do segundo algoritmo para dois casos importantes: 1. Equações diferenciais ordinárias racionais de segunda ordem (2EDOs racionais) - Melhoramos a e ciência do algoritmo desenvolvido em (3) e demonstramos que a determinação dos campos vetoriais associados se constitui em um algoritmo completo. 2. Equações diferenciais ordinárias de primeira ordem (1EDOs) com uma função elementar - Ampliamos o algoritmo desenvolvido em (4) para incluir a resolução de 1EDOs com funções algébricas. Os procedimentos que desenvolvemos foram implementados em um pacote computacional (LeapS3Dim) em Maple. O pacote LeapS3Dim possui vários comandos que realizam os cálculos intermediários necessários para a obtenção da integral primeira tornando-o, assim, útil para a pesquisa em física e matemática. |
Abstract: | In this thesis we present a semi-algorithmic method to determine Liouvillian first integrals of polynomial dynamical systems in three dimensions. The procedure we present here is an extension of what we built in my master's thesis (where we were looking for elementary first integrals) and, initially, follows a similar line. However, in the case of non-elementary Liouvillian first integrals, the structure of the integrating factor changes and, thus, to determine it, it is necessary to determine exponential factors. Thus, in this work, we improve the method shown in (1) and develop two algorithms (semi): The first is an extension of the method shown in (2, 1) and requires the computation of Darboux polynomials and exponential factors of the vector field associated to the dynamical system; the second is based on a technique analogous to the one developed in (3) and is based on the determination of vector fields (in two dimensions) associated with the original 3D vector field. We also make two theoretical applications of the second algorithm (for two important cases): 1. Second order rational ordinary differential equations (2 rational ODEs) - We improve the efficiency of the algorithm developed in (3) and demonstrate that the determination of the associated vector fields constitutes a complete algorithm. 2. First order ordinary differential equations (1ODEs) with an elementary function - We extend the algorithm developed in (4) to include the resolution of 1ODEs with algebraic functions. The procedures we developed in this thesis were implemented in a computational package (LeapS3Dim) in Maple. The LeapS3Dim package has several commands that perform the intermediate calculations necessary to obtain the first integral, thus making it useful for research in physics and mathematics. |
Palavras-chave: | Integrals Differentiable dynamical systems Ordinary differential equations Mathematical physics Dynamic systems in three dimensions Ordinary differential equations of first and second orders Associated vector fields Liouvillian first integrals Integrais (Matemática) Sistemas dinâmicos diferenciais Equações diferenciais ordinárias Física matemática Sistemas dinâmicos em três dimensões Equações diferenciais ordinárias de primeira e segunda ordens Campos vetoriais associados Integrais primeiras Liouvillianas |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERAL::METODOS MATEMATICOS DA FISICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Física Armando Dias Tavares |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Física |
Citação: | EIRAS, João Paulo Coutinho. Sistemas dinâmicos em três dimensões com integrais primeiras Liouvillianas: abordagens concretas. 2021. 80 f. Tese (Doutorado em Física) - Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021 . |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17689 |
Data de defesa: | 13-Dez-2021 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Física |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Tese - João Paulo Coutinho Eiras - 2021 - Completa.pdf | 886,59 kB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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