Главная > ЗНАКОМСТВО С НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКОЙ (В.С.Анищенко)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

Доказательство существования странного аттрактора было дано в жестком предположении, что динамическая система (4.1) является грубой гиперболической. Что это означает? Система является гиперболической, если все фазовые траектории седловые. Точка как образ траектории в сечении Пуанкаре в гиперболической системе всегда является седлом. Грубость означает, что при малом возмущении правых частей (4.1) и вариации управляющих параметров в конечной области их значений все траектории продолжают оставаться седловыми.

Гиперболические аттракторы должны удовлетворять следующим условиям:
1) состоять из континуума \”неустойчивых листов\” или кривых, всюду плотных в аттракторе, вдоль которых близкие траектории экспоненциально расходятся;
2) в окрестности любой точки иметь геометрию произведения канторова множества на интервал;
3) иметь окрестность в виде расщепленных устойчивых слоев, вдоль которых близкие траектории сходятся к аттрактору.

Таким образом, грубость означает, что свойства 1-3 сохраняются при возмущениях.

Рис. 4.1. Седловая точка $Q_{i}$ как образ гиперболической траектории в сечении Пуанкаре.

На рис. 4.1 представлена седловая траектория $\Gamma$ и соответствующие точки $Q_{i}$ ее пересечения с секущей поверхностью Пуанкаре $S$. Данный рисунок иллюстрирует также локальное поведение устойчивых и неустойчивых многообразий седловой точки $Q_{i}$.

Однако того, что локально точка $Q_{i}$ пересечения $\Gamma$ с $S$ является грубым седлом, оказывается недостаточно для грубой гиперболичности. Необходимы некоторые условия относително глобальных (нелокальных) свойств устойчивых и неустойчивых многообразий.

Обратимся к рис. 4.2. В силу наличия аттрактора устойчивые и неустойчивые многообразия $W^{s}$ и $W^{u}$ обязаны быть сосредоточены в области $G_{0}$. При этом они могут пересекаться с образованием гомоклинических точек (поверхностей), образуя так называемые гомоклинические структуры, которые в грубых гиперболических системах обязаны быть грубыми. Это означает, что с топологической точки зрения структура пересечения $W^{s}$ и $W^{u}$ должна соответствовать рис. $4.2, a$ и не меняться качественно при возмущениях. Случаи рис. $4.2,6$

Рис. 4.2. Возможные случаи пересечения устойчивой и неустойчивой сепаратрис седловой точки $Q_{i}$ в сечении Пуанкаре.

и в исключаются из рассмотрения, так как характеризуют два негрубых явления: явление замыкания многообразий с образованием петли (рис. 4.2, б) и явление касания устойчивого и неустойчивого многообразий (рис. 4.2,8). Если нелокальные свойства многообразий при возмущениях динамической системы приводят к негрубым ситуациям, изображенным на рис. 4.2,б и 8 , возможны бифуркации решений. В грубых гиперболических системах никаких бифуркаций происходить не должно. При возмущениях системы траектория Г всегда остается седловой, что соответствует случаю рис. 4.2,a. Как мы увидим в дальнейшем, негрубые случаи рис. $4.2,6$ и $в$ являются причиной появления более сложно устроенных хаотических притягивающих множеств – так называемых квазиаттракторов. Странные (в смысле Рюэля-Такенса) аттракторы всегда являются грубыми гиперболическими предельными множествами.

Основной чертой, отличающей странные хаотические аттракторы от регулярных, является экспоненциальная неустойчивость фазовой траектории на аттракторе. Спектр ляпуновских экспонент в этом случае включает, как минимум, один положительный показатель. В соответствии с (4.2) фрактальная размерность аттрактора всегда больше двух и в общем случае не будет выражаться целым числом. Минимальная размерность фазового пространства, в которое можно \”вложить\” странный

аттрактор, оказывается равной трем. Таким образом, режим детерминированного хаоса можно наблюдать в дифференциальных динамических системах размерности $N \geqslant 3$.

В математике известны, по крайней мере, два примера грубых гиперболических аттракторов: аттрактор Смейла-Вильямса и аттрактор Плыкина. $\mathrm{K}$ сожалению, в реальных системах естествознания режим строго гиперболического грубого хаоса до сих пор не обнаружен. Истинно \”странные\” аттракторы являются идеальной, но недостижимой пока моделью детерминированного хаоса.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru