柯爾莫哥洛夫 (1954) 概述的一個定理,隨後在 1960 年代由阿諾爾德 (1963) 和莫澤 (1962;Tabor 1989,第 105 頁) 證明。它給出了混沌在何種程度上受到限制的條件。莫澤 1962 年的證明對扭轉對映有效
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(1)
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(2)
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阿諾爾德 (1963) 給出了哈密頓系統的證明
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(3)
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最初的定理要求微擾 ,儘管此後這一數值已顯著提高。阿諾爾德的證明要求
,而莫澤最初的證明要求
。隨後,莫澤的版本已降至
,然後是
,儘管已知
的反例。KAM 定理的適用條件是
1. 小微擾,
2. 光滑微擾,以及
3. 充分無理的對映繞數。
莫澤考慮了一個可積哈密頓函式 ,它具有環面
和一組頻率
,omega 具有不可公度的頻率向量
(即,對於所有整數
,
)。設
受到某個週期函式
的微擾。KAM 定理指出,如果
足夠小,那麼對於幾乎每個
,都存在受擾系統的不變環面
,使得
“接近”
。此外,環面
形成一個正測度集,其補集的測度隨著
趨於零。KAM 定理的一個有用的解釋是:“對於足夠小的微擾,幾乎所有環面(排除那些具有有理頻率向量的環面)都得以保留。” 因此,該定理明確排除了具有有理相關頻率的環面,即,n-1 個形式的條件
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(4)
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這些環面會被微擾破壞。對於具有兩個自由度的系統,閉合軌道的條件是
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(5)
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對於準週期對映軌道, 是無理數。KAM 表明,保留的環面滿足無理數條件
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(6)
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對於所有 和
,儘管關於
知之甚少。
KAM 定理打破了經典微擾理論中小除數問題的僵局,併為理解混沌的出現提供了起點。對於哈密頓系統,等能非退化條件
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(7)
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保證了在小微擾 下大多數不變環面的保留。阿諾爾德版本指出
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(8)
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對於所有 屬於 Z。此條件比莫澤的條件限制性更小,因此排除的點更少。