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ローレンツ・アトラクターの存在

解決済み、1999年微分方程式と力学系スメイル #14
問題の内容

標準パラメータ σ=10\sigma = 10、β=8/3\beta = 8/3、ρ=28\rho = 28 を持つ R3\mathbb{R}^3 上の古典的な3次元ローレンツ常微分方程式系 x˙=σ(y−x)\dot{x} = \sigma(y - x)、y˙=ρx−y−xz\dot{y} = \rho x - y - xz、z˙=xy−βz\dot{z} = xy - \beta z を考える。この流れは、その力学系が幾何学的ローレンツ・アトラクターによって位相的・統計的にモデル化される(かつ一意な物理的シナイ・ルエル・ボーエン測度を持つ)頑健な特異双曲型ストレンジ・アトラクターを持つか。

ウォリック・タッカーによって肯定的に解決された(1999年に Comptes Rendus de l'Académie des Sciences で発表、完全な論文は2002年に Foundations of Computational Mathematics に掲載)。ローレンツ系の軌道は原点 (0,0,0)(0,0,0) の鞍点平衡点のいくらでも近くを通過し、そこでは回帰時間が発散するため、単なる数値積分では安定周期軌道の存在を排除できない。タッカーは原点周囲の小立方体内での解析的な標準形理論と、小長方形に分割された横断ポアンカレ断面 Σ⊂{z=27}\Sigma \subset \{z = 27\} 上での厳密な区間演算ODEソルバーを組み合わせ、前方不変な捕捉領域と一様拡大的な不変錐場の存在を証明した。

  1. 区間演算による厳密な計算機支援証明、Tucker(1999年)Warwick Tucker, 1999難易度 5/5研究要約版コンピュータ支援あり

参考文献

  1. Edward N. Lorenz (1963). Deterministic nonperiodic flow · DOI:10.1175/1520-0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2
  2. Warwick Tucker (1999). The Lorenz attractor exists · DOI:10.1016/S0764-4442(00)88608-6
  3. Warwick Tucker (2002). A rigorous ODE solver and Smale's 14th problem · DOI:10.1007/s002080010018