Главная > ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОРИЯ УСТОЙЧИОСТИ И БИФУРКАЦИЙ (Ж.Йосс, Д. Джозеф)
<< 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

На следующем этапе нашего анализа укажем алгоритм построения функции $\mu(\varepsilon, \delta)$. Рассмотрим два случая:
(1) $\tilde{F}(\mu, \varepsilon, \delta)$ имеет общий вид и $F_{\mu \mu}
eq 0$.
(2) $\tilde{F}(\mu, \varepsilon, \delta)$ имеет локальную форму (см. § 1.3) т. е. $\tilde{F}(\mu, 0,0)=0$ для всех $\mu$ из интервала, содержащего нуль.
Случай (1). $F_{\mu \mu}
eq 0$. Введем новый параметр
\[
\tilde{\delta}=\frac{\delta}{\varepsilon^{2}},
\]

имеющий знак $\delta$. Коэффициенты эазложения
\[
\mu(\varepsilon, \delta)=\mu_{1}(\tilde{\delta}) \varepsilon+\mu_{2}(\tilde{\delta}) \varepsilon^{2}+o\left(|\varepsilon|^{2}\right)
\]

изолированных решений, разрушающих двойную точку бифуркации, можно вычислить отождествлением членов до порядка $O\left(\varepsilon^{2}\right)$. Если $\tilde{F}(\cdot, \cdot, \cdot)$ аналитична в окрестности $(0,0,0)$, то все члены ряда Тейлора для (III.18) можно вычислить в результате отождествления. Если $\tilde{F}$ достаточно гладкая, но не аналитическая, то можно вычислить единственное асимптотическсе представление вида (III.18) с конечным числом членов (полином Тейлора). Для нахождения $\mu_{1}$ и $\mu_{2}$ подставим (III.17) и (III.18) в (III.11) и приравняем коэффициенты при одинаковых степенях $\varepsilon$ :
\[
\begin{array}{c}
\tilde{\delta}=a+2 b \mu_{1}+c \mu_{1}^{2}, \\
0=2 b \mu_{2}+2 c \mu_{1} \mu_{2}+d+e \mu_{1}+f \mu_{1}^{3}+g \mu_{1}^{3} .
\end{array}
\]

Уравнение (III.19) имеет два корня:
\[
\begin{array}{l}
\mu_{1}^{+}(\tilde{\delta})=-\frac{b}{c}+\frac{1}{c} \sqrt{\frac{D}{4 F_{\delta}^{2}}+\tilde{\delta} c}, \\
\mu_{1}^{-}(\tilde{\delta})=-\frac{b}{c}-\frac{1}{c} \sqrt{\frac{D}{4 F_{\delta}^{2}}+\tilde{\delta} c} .
\end{array}
\]

Для каждого из двух корней $\mu_{1}^{+}$и $\mu_{1}^{-}$существуют единственные значения $\mu_{2}^{+}$и $\mu_{2}^{-}$, даваемые уравнением (III.20), если
\[
\frac{D}{4 F_{\delta}^{2}}+\tilde{\delta} c
eq 0
\]

и единственные изолированные решения, разрушающие бифуркацию и определяемые уравнениями
\[
\begin{array}{l}
\mu^{+}(\varepsilon, \delta)=\mu_{1}^{+}(\tilde{\delta}) \varepsilon+\mu_{2}^{+} \varepsilon^{2}+o\left(|\varepsilon|^{2}\right), \\
\mu^{-}(\varepsilon, \delta)=\mu_{1}^{-}(\tilde{\delta}) \varepsilon+\mu_{2}^{-} \varepsilon^{2}+o\left(|\varepsilon|^{2}\right),
\end{array}
\]

где
\[
\left[\begin{array}{l}
\mu_{1}^{+}(\tilde{\delta}) \\
\mu_{1}^{-}(\tilde{\delta})
\end{array}\right] \varepsilon=-\frac{F_{\varepsilon \mu}}{F_{\mu \mu}}\left[\begin{array}{l}
1 \\
1
\end{array}\right]+h(\varepsilon, \delta)\left[\begin{array}{c}
1 \\
-1
\end{array}\right] \stackrel{\operatorname{def}}{=}\left[\begin{array}{c}
\hat{\mu}_{1}^{+}(\varepsilon, \delta) \\
\hat{\mu}_{1}^{-}(\varepsilon, \delta)
\end{array}\right]
\]

и
\[
\begin{array}{c}
h(\varepsilon, \delta)=-\frac{1}{F_{\mu \mu}} \sqrt{D \varepsilon^{2}-2 F_{\delta} F_{\mu \mu} \delta} \cdot\left(\operatorname{sgn}\left(\varepsilon F_{\delta}\right)\right), \\
\operatorname{sgn}\left(\varepsilon F_{\delta}\right)=\left\{\begin{array}{l}
+1, \text { если } \varepsilon F_{\delta}>0, \\
-1, \text { если } \varepsilon F_{\delta}<0 .
\end{array}\right.
\end{array}
\]

Следовательно, ( $\hat{\mu}_{1}^{+}(\varepsilon, \delta), \hat{\mu}_{1}^{-}(\varepsilon, \delta)$ ) представляет собой первое приближение для $\mu^{+}(\varepsilon, \delta)$ и $\mu^{-}(\varepsilon, \delta)$. Чтобы найти второе приближение, разрешим (III.20) относительно $\mu_{2}$ и при фиксированном $\tilde{\delta}=\delta / \varepsilon^{2}$ найдем, что
\[
\begin{array}{r}
{\left[\begin{array}{c}
\mu^{+}(\varepsilon, \delta) \\
\mu^{-}(\varepsilon, \delta)
\end{array}\right]=\left[\begin{array}{l}
\hat{\mu}_{1}^{+}(\varepsilon, \delta) \\
\hat{\mu}_{1}^{-}(\varepsilon, \delta)
\end{array}\right]-\frac{1}{2 c h(\varepsilon, \delta)}\left\{d \varepsilon^{3}\left[\begin{array}{c}
1 \\
-1
\end{array}\right]+e \varepsilon^{2}\left[\begin{array}{l}
\hat{\mu}_{1}^{+}(\varepsilon, \delta) \\
-\hat{\mu}_{1}^{-}(\varepsilon, \delta)
\end{array}\right]+\right.} \\
\left.+f \varepsilon\left[\begin{array}{l}
\left(\hat{\mu}_{1}^{+}(\varepsilon, \delta)\right)^{2} \\
-\left(\hat{\mu}_{1}^{-}(\varepsilon, \delta)\right)^{2}
\end{array}\right]+g\left[\begin{array}{l}
\left(\hat{\mu}_{1}^{+}(\varepsilon, \delta)\right)^{3} \\
-\left(\hat{\mu}_{1}^{-}(\varepsilon, \delta)\right)^{3}
\end{array}\right]\right\}+o\left(|\varepsilon|^{2}\right),(\text { III.25) }
\end{array}
\]

если $\varepsilon \rightarrow 0$.
Случай (2). $\tilde{F}(\mu, 0,0)=0$ для $\mu$ из интервала, содержащего нуль. В этом случае $\varepsilon=0$-решение бифуркационной задачи и $c=g=0$. Легко проверить, что в этом случае
\[
\Delta(\mu, 0)=0,
\]

так что $\varepsilon$ входит множителем в правую часть (III.11). Чтобы найти кривую $\mu=\mu(\varepsilon, \delta)$, которая разрушает бифуркацию, снова введем параметр $\hat{\delta}$ :
\[
\begin{array}{c}
\delta=\varepsilon \hat{\delta}=\Delta(\mu, \varepsilon)=\varepsilon \hat{\Delta}(\mu, \varepsilon), \\
\hat{\delta}=\hat{\Delta}(\mu, \varepsilon)=a \varepsilon+2 b \mu+d \varepsilon^{2}+e \varepsilon \mu+f \mu^{2}+o\left[(|\varepsilon|+|\mu|)^{2}\right] .
\end{array}
\]

Уравнение (III.27) можно разрешить относительно $\mu$ методом рядов, использованным в случае (1), или методом последовательных приближений, описываемым ниже:
\[
\mu=\frac{1}{2 b}\left\{\hat{\delta}-a \varepsilon-d \varepsilon^{2}-e \varepsilon \mu-f \mu^{2}\right\}+o\left[(|\varepsilon|+|\mu|)^{2}\right] .
\]

Первое приближение дает формула
\[
\mu \sim \mu^{(1)}=\frac{1}{2 b}\{\hat{\delta}-a \varepsilon\}=\frac{1}{2 b}\left\{\frac{\delta}{\varepsilon}-a \varepsilon\right\} .
\]

Знаменатель $b=-F_{\text {е }} / F_{\delta}=-V \bar{D} / F_{\delta}
eq 0$. Следовательно, (II.29) дает два изолированных решения, разрушающих бифуркацию. Например, если $a=0$ как в (II.16) (пример III.3), то получаем два бифуркационных решения, если $\delta=0$ : $\varepsilon=0$ и $\mu=0$. Изолированные решения, разрушающие эти бифуркационные решения при $\delta
eq 0$, да-

Рис. III.7. Гипербола, разрушающая двойную точку бифуркации в первом приближении, если $a=0$.
Рис. III.8. Второе приближение для рис. III.7.

ются уравнением гиперболы $\mu=\delta /(2 b \varepsilon)$ (рис. III.7). Второе приближение определяется уравнением
\[
\begin{aligned}
\mu \sim \mu^{(2)} & =\frac{1}{2 b}\left\{\hat{\delta}-a \varepsilon-d \varepsilon^{2}-e \varepsilon \mu^{(1)}-f \mu^{(1)^{2}}\right\}= \\
& =\frac{1}{2 b}\left\{\frac{\delta}{\varepsilon}-a \varepsilon-d \varepsilon^{2}-\frac{e}{2 b}\left(\delta-a \varepsilon^{2}\right)-\frac{f}{4 b^{2}}\left(\frac{\delta}{\varepsilon}-a \varepsilon\right)^{2}\right\} .
\end{aligned}
\]

Например, если $a=0$, то получаем два бифуркационных решения при $\delta=0$. Эти бифуркационные решения локально определяются уравнениями
\[
\varepsilon=0 \text { и } \mu=-\frac{d}{2 b^{2}} \varepsilon^{2},
\]

которые соответствуют односторонней бифуркации, если $d /(2 b)
eq 0$ (на рис. III. $8 d /(2 b)<0$ ). Изолированные решения, разрушающие бифуркацию при $\delta
eq 0$, определяются уравнением (III.30). В суперкритическом случае диаграмма, представленная на рис. III.7, с учетом второго приближения принимает вид, показанный на рис. III.8.

Необходимо добавить, что случаи (1) и (2) исключают некоторые возможности; например, случай $F_{\mu \mu}=0, F_{\mu \mu \mu}
eq 0$, который всегда можно получить из (1) в некоторых новых переменных ( $\left.\mu^{\prime}, \varepsilon^{\prime}\right)$, вводимых при ортогональном преобразовании ( $\mu, \varepsilon$ )-плоскости. Требуемое ортогональное преобразование устраняет смешанное произведение ( $\mu \varepsilon$ в уравнении гиперболы (II.13)) и возвращает нас к случаю $F_{\mu^{\prime} \mu^{\prime}}
eq 0$.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru