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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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