MathLabs

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 R3\mathbb{R}^3 上带有标准参数 σ=10\sigma = 10、β=8/3\beta = 8/3 和 ρ=28\rho = 28 的经典三维洛伦兹常微分方程组 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。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 (0,0,0)(0,0,0) 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 Σ⊂{z=27}\Sigma \subset \{z = 27\}(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。

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