洛伦兹吸引子的存在性
已解决,1999年微分方程与动力系统斯梅尔 #14
问题陈述
考察 上带有标准参数 、 和 的经典三维洛伦兹常微分方程组 、、。该流是否拥有一个稳健的奇异双曲奇异吸引子,其动力学在拓扑与统计意义上可由几何洛伦兹吸引子建模(并承载唯一的西奈–吕埃勒–鲍恩物理测度)?
由沃里克·塔克(Warwick Tucker)给出肯定解答(1999年发表于 Comptes Rendus de l'Académie des Sciences,完整论文于2002年发表在 Foundations of Computational Mathematics 上)。由于洛伦兹系统的轨线会任意逼近原点 处的鞍点平衡点——该处回归时间发散——单纯的数值积分无法排除稳定周期轨的存在。塔克将原点附近小立方体内的解析正规形理论与横截庞加莱截面 (划分为小矩形网格)上的严格区间算术常微分方程求解器相结合,证明了正向不变捕获区域以及一致扩张不变锥场的存在性。
1999年,塞尔索·莫拉莱斯、玛丽亚·何塞·帕西菲科与恩里克·普哈尔斯发展了奇异双曲性(或截面双曲性)理论,证明任何包含平衡点的 稳健传递三维流都必定像洛伦兹吸引子一样是奇异双曲的。此外,2019年法比安·伊姆勒在交互式定理证明器 Isabelle/HOL 中形式化验证了塔克证明中的数值包围部分,从基础逻辑层面确认了计算机辅助步骤的可靠性。
参考文献
- Edward N. Lorenz (1963). Deterministic nonperiodic flow · DOI:10.1175/1520-0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2
- Warwick Tucker (1999). The Lorenz attractor exists · DOI:10.1016/S0764-4442(00)88608-6
- Warwick Tucker (2002). A rigorous ODE solver and Smale's 14th problem · DOI:10.1007/s002080010018