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柯尔莫哥洛夫-阿诺尔德-莫泽定理


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

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

阿诺尔德 (1963) 给出了哈密顿系统的证明

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

最初的定理要求微扰 epsilon∼10^(-48),尽管此后这一数值已显著提高。阿诺尔德的证明要求 C^infty,而莫泽最初的证明要求 C^(333)。随后,莫泽的版本已降至 C^6,然后是 C^(2+epsilon),尽管已知 C^2 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 H_0,它具有环面 T_0 和一组频率 omega,omega 具有不可公度的频率向量 omega^* (即,对于所有整数 k_iomega·k!=0)。设 H_0 受到某个周期函数 H_1 的微扰。KAM 定理指出,如果 H_1 足够小,那么对于几乎每个 omega^*,都存在受扰系统的不变环面 T(omega^*),使得 T(omega^*) “接近” T_0(omega^*)。此外,环面 T(omega^*) 形成一个测度集,其补集的测度随着 |H_1|->0 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

 omega·k=0.
(4)

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

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

对于准周期映射轨道sigma无理数。KAM 表明,保留的环面满足无理数条件

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

对于所有 rs,尽管关于 K(epsilon) 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

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

保证了在小微扰 epsilon<<1 下大多数不变环面的保留。阿诺尔德版本指出

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

对于所有 m_k in Z 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。


另请参阅

混沌, 哈密顿系统, 准周期函数, 环面

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参考文献

阿诺尔德,V. I. “关于哈密顿量的小扰动下条件周期运动的保持性的 A. N. 柯尔莫哥洛夫定理的证明。” Uspehi Mat. Nauk 18, 13-40, 1963.柯尔莫哥洛夫,A. N. “关于哈密顿函数小变化时条件周期运动的守恒性。” Dokl. Akad. Nauk SSSR 98, 527-530, 1954.莫泽,J. “关于环面保面积映射的不变曲线。” Nachr. Akad. Wiss. Göttingen Math.-Phys. Kl. II, 1-20, 1962.泰伯,M. 非线性动力学中的混沌与可积性:导论。 纽约:威利,1989年。

在 Wolfram|Alpha 中引用

柯尔莫哥洛夫-阿诺尔德-莫泽定理

请引用为

韦斯坦因,埃里克·W. “柯尔莫哥洛夫-阿诺尔德-莫泽定理。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Kolmogorov-Arnold-MoserTheorem.html

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