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柯爾莫哥洛夫-阿諾爾德-莫澤定理


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

theta^'=theta+2pif(I)+g(theta,I)
(1)
I^'=I+f(theta,I).
(2)

阿諾爾德 (1963) 給出了哈密頓系統的證明

 H=H_0(I)+epsilonH_1(I).
(3)

最初的定理要求微擾 epsilon∼10^(-48),儘管此後這一數值已顯著提高。阿諾爾德的證明要求 C^infty,而莫澤最初的證明要求 C^(333)。隨後,莫澤的版本已降至 C^6,然後是 C^(2+epsilon),儘管已知 C^2 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 H_0,它具有環面 T_0 和一組頻率 omega,omega 具有不可公度的頻率向量 omega^* (即,對於所有整數 k_iomega·k!=0)。設 H_0 受到某個週期函式 H_1 的微擾。KAM 定理指出,如果 H_1 足夠小,那麼對於幾乎每個 omega^*,都存在受擾系統的不變環面 T(omega^*),使得 T(omega^*) “接近” T_0(omega^*)。此外,環面 T(omega^*) 形成一個測度集,其補集的測度隨著 |H_1|->0 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

 omega·k=0.
(4)

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

 sigma=(omega_1)/(omega_2)=r/s.
(5)

對於準週期對映軌道sigma無理數。KAM 表明,保留的環面滿足無理數條件

 |(omega_1)/(omega_2)-r/s|>(K(epsilon))/(s^(2.5))
(6)

對於所有 rs,儘管關於 K(epsilon) 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

 |(partial^2H_0)/(partialI_jpartialI_j)|!=0
(7)

保證了在小微擾 epsilon<<1 下大多數不變環面的保留。阿諾爾德版本指出

 |sum_(k=1)^nm_komega_k|>K(epsilon)(sum_(k=1)^n|m_k|)^(-n-1)
(8)

對於所有 m_k in Z 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。


另請參閱

混沌, 哈密頓系統, 準週期函式, 環面

使用 探索

參考文獻

阿諾爾德,V. I. “關於哈密頓量的小擾動下條件週期運動的保持性的 A. N. 柯爾莫哥洛夫定理的證明。” Uspehi Mat. Nauk 18, 13-40, 1963.柯爾莫哥洛夫,A. N. “關於哈密頓函式小變化時條件週期運動的守恆性。” Dokl. Akad. Nauk SSSR 98, 527-530, 1954.莫澤,J. “關於環面保面積對映的不變曲線。” Nachr. Akad. Wiss. Göttingen Math.-Phys. Kl. II, 1-20, 1962.泰伯,M. 非線性動力學中的混沌與可積性:導論。 紐約:威利,1989年。

在 中引用

柯爾莫哥洛夫-阿諾爾德-莫澤定理

請引用為

韋斯坦因,埃裡克·W. “柯爾莫哥洛夫-阿諾爾德-莫澤定理。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Kolmogorov-Arnold-MoserTheorem.html

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