柯尔莫哥洛夫 (1954) 概述的一个定理,随后在 1960 年代由阿诺尔德 (1963) 和莫泽 (1962;Tabor 1989,第 105 页) 证明。它给出了混沌在何种程度上受到限制的条件。莫泽 1962 年的证明对扭转映射有效
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阿诺尔德 (1963) 给出了哈密顿系统的证明
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最初的定理要求微扰 ,尽管此后这一数值已显著提高。阿诺尔德的证明要求
,而莫泽最初的证明要求
。随后,莫泽的版本已降至
,然后是
,尽管已知
的反例。KAM 定理的适用条件是
1. 小微扰,
2. 光滑微扰,以及
3. 充分无理的映射绕数。
莫泽考虑了一个可积哈密顿函数 ,它具有环面
和一组频率
,omega 具有不可公度的频率向量
(即,对于所有整数
,
)。设
受到某个周期函数
的微扰。KAM 定理指出,如果
足够小,那么对于几乎每个
,都存在受扰系统的不变环面
,使得
“接近”
。此外,环面
形成一个正测度集,其补集的测度随着
趋于零。KAM 定理的一个有用的解释是:“对于足够小的微扰,几乎所有环面(排除那些具有有理频率向量的环面)都得以保留。” 因此,该定理明确排除了具有有理相关频率的环面,即,n-1 个形式的条件
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这些环面会被微扰破坏。对于具有两个自由度的系统,闭合轨道的条件是
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对于准周期映射轨道, 是无理数。KAM 表明,保留的环面满足无理数条件
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对于所有 和
,尽管关于
知之甚少。
KAM 定理打破了经典微扰理论中小除数问题的僵局,并为理解混沌的出现提供了起点。对于哈密顿系统,等能非退化条件
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保证了在小微扰 下大多数不变环面的保留。阿诺尔德版本指出
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对于所有 属于 Z。此条件比莫泽的条件限制性更小,因此排除的点更少。