周期扰动异宿轨道方程的高阶Melnikov函数及混沌动力学

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在常微分方程的研究中,方程是否出现Smale马蹄意义下的混沌是动力系统关心的问题.通常利用一阶Melnikov函数的简单零点来判定鞍点稳定流形和不稳定流形的横截相交性,从而确定系统的混沌动力学.一个重要的问题是:如果一阶Melnikov函数退化,即它恒为零,则如何判断系统的混沌动力学?针对这个问题,一般利用更高阶Melnikov函数进行推导,从而判定系统的混沌动力学.目前,具有同宿轨道的方程在周期扰动下的高阶Melnikov函数已有相应的成果.本学位论文研究异宿轨道系统在周期扰动下的高阶Melnikov函数的理论推导和计算.给出了基于二阶Melnikov函数判定混沌动力学的定理,并应用于具体例子.本硕士论文的主要内容和结构安排如下:第一章是研究背景.简要介绍Smale马蹄,经典Melnikov方法,同宿、异宿缠结动力学,以及周期扰动同宿轨系统的高阶Melnikov函数.第二章是学位论文的主要内容.研究异宿轨道方程在周期扰动下的高阶Melnikov函数.首先引入分离距离的概念.然后通过变换将周期扰动异宿轨道方程转化为规范型方程.接着求解规范型方程,给出了积分形式的解,从而推导出高阶Melnikov函数表达式.给出两个在一阶Melnikov函数退化情形下,利用二阶Melnikov函数判定混沌动力学的定理.在本章最后一节,将定理应用于具体例子.通过计算一阶和二阶Melnikov函数,得到了Duffing方程的混沌动力学.同时,作出了Lyapunov指数谱和分岔图,从数值结果上验证了Duffing方程的混沌动力学.第三章是展望.对于经典Melnikov函数退化情形下,如何判断鞍点稳定流形和不稳定流形的横截相交性,本文采用二阶Melnikov函数公式做出了判定.如果一阶和二阶Melnikov函数都退化的情形下,则需要考虑三阶乃至更高阶的Melnikov函数.展望里提出了这一方面的思路.
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