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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22050
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Determinação de integrais primeiras para sistemas dinâmicos em duas e três dimensões com um algoritmo linear |
Título(s) alternativo(s): | Determination of first integrals for dynamical systems in two and three dimensions with a linear algorithm |
Autor: | Ferreira, Higor Silva |
Primeiro orientador: | Duarte, Luiz Guilherme Silva |
Primeiro coorientador: | Lemes, Vitor Emanuel Rodino |
Primeiro membro da banca: | Mota, Luis Antonio Campinho Pereira da |
Segundo membro da banca: | Koiller, Jair |
Terceiro membro da banca: | Duarte, Sérgio Eduardo Silva |
Resumo: | Este trabalho se propõe, inicialmente, à uma abordagem ampla no que diz respeito aos métodos não-classificatórios ou generalistas para tratar equações diferenciais ordinárias de primeira e segunda ordem. Mais especificamente estaremos interessados em EDO’s racionais (diretamente relacionadas a sistemas diferenciais polinomiais autônomos) e, para tanto, nosso ponto de partida consiste do estudo de estruturas teóricas introduzidas em fins do século XIX, em referência aos trabalhos de S. Lie e G. Darboux. Neste sentido, apresentamos alguns detalhes em cada uma das teorias de modo a nos permitir estabelecer o procedimento misto denominado método da função-S, implementado muito recentemente pelo grupo de pesquisas da UERJ atuante na área. É de amplo conhecimento que tais métodos apresentam complicações para casos específicos, que ficarão evidentes ao longo da leitura. Assim, implementar e aperfeiçoar algoritmos para lidar com equações deste tipo, quando integráveis, tem sido a principal motivação do grupo. Portanto, o desenvolvimento mais ao final deste trabalho apresenta, como proposta, um método de alta eficácia que nos permite determinar polinômios de Darboux de modo linear (os autopolinômios do campo vetorial associado a estas equações são de fundamental importância para a construção de um fator integrante). Nesse aspecto, reforçamos algumas ideias introduzidas em capítulos precedentes (utilizando-nos de uma notação mais conforme com desenvolvimentos recentes do grupo) e instituímos, definitivamente, os algoritmos para nossos fins, de modo que, um destes se aplica às 1EDO’s racionais que apresentam solução geral Darbouxiana e outros dois se encarregam de problemas envolvendo 2EDO’s, em subcasos que se apresentam como: 2EDO’s racionais com uma integral primeira elementar e outra não-Liouvilliana; 2EDO’s racionais com duas integrais primeiras Liouvillianas, sendo uma delas elementar. Concluímos com uma discussão sobre o desempenho do método em termos computacionais, que de antemão podemos afirmar, seguramente, representa uma rotina de eficiência singular (devido a linearidade das equações envolvidas no procedimento) em termos de memória consumida e tempo de execução, também, acrescentamos ao final um exemplo de aplicação do método à equação de um oscilador não-linear (Duffing van-der Pol) de amplo interesse para aplicações diversas. |
Abstract: | This work proposes, initially, a broad approach with regard to the non-classificatory or generalist methods to deal with first and second order ordinary differential equations. More specifically, we will be interested in rational ODE’s (which are directly related to autonomous polynomial differential systems) and, to this end, our starting point consists of the study of theoretical structures introduced by the end of 19th century, in a reference to the works of S. Lie and G. Darboux. In this sense, we present some details contained in each of these theories in order to establish a mixed procedure called the S - function method, which was recently implemented by the UERJ research group working in the topics. It is widely known that such methods present complications when applied to some specific cases, and it will become evident throughout this reading. Thus, implementing and refining algorithms to deal with these type of equations, when integrable, has been the main motivation of the group. Therefore, the development at the very end of this work presents, as a proposal, a highly efficient method that allows us to determine the Darboux polynomials with a linear procedure (the eigenpolynomials of the vector field associated with these equations have fundamental importance for the construction of an integrating factor). In this aspect, we reinforce some ideas which are discussed in the preceding chapters (introducing a notation in conformity with the most recent developments of the group) and definitively establish the algorithms for our purposes, in such a way that, one of them applies to rational first order ODE’s presenting a Darbouxian general solution, while the other two are useful to deal with problems involving second order ODE’s, in subcases that arise as follows: rational second order ODE’s presenting one elementary first integral and one non-Liouvillian first integral; rational second order ODE’s with two Liouvillian first integrals, one of them being elementary. We conclude with a discussion on the performance of our method in computational terms, which we can surely assert, beforehand, represents a routine of singular efficiency (due to the linearity of the equations involved in the procedure) in terms of consumed memory and execution time. Additionally, we present an example as an application of our method to an equation of a non-linear oscillator (Duffing van-der Pol) which is of great interest for various applications. |
Palavras-chave: | Equações diferenciais ordinárias Integrais (Matemática) Sistemas dinâmicos diferenciais Algoritmos Simetria (Matemática) Integrais primeiras Liouvillianas Equações diferenciais ordinárias de segunda ordem Simetrias não-locais Ordinary differential equations Integrals Differentiable dynamical systems Algorithms Symmetry (Mathematics) Liouvillian first integrals Second order ordinary differential equations Non-local symmtries |
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: | FERREIRA, Higor Silva. Determinação de integrais primeiras para sistemas dinâmicos em duas e três dimensões com um algoritmo linear. 2024. 148 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22050 |
Data de defesa: | 29-Fev-2024 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Física |
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