المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية
آخر المواضيع المضافة

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9764 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر

الأفعال التي تنصب مفعولين
23-12-2014
صيغ المبالغة
18-02-2015
اولاد الامام الحسين (عليه السلام)
3-04-2015
الجملة الإنشائية وأقسامها
26-03-2015
معاني صيغ الزيادة
17-02-2015
انواع التمور في العراق
27-5-2016

Lyapunov Characteristic Exponent  
  
1209   05:46 مساءً   date: 11-10-2021
Author : Ramasubramanian, K. and Sriram, M. S.
Book or Source : "A Comparative Study of Computation of Lyapunov Spectra with Different Algorithms" 1999. http://arxiv.org/abs/chao-dyn/9909029.
Page and Part : ...


Read More
Date: 17-11-2021 1041
Date: 23-8-2021 1068
Date: 21-8-2021 1532

Lyapunov Characteristic Exponent

The Lyapunov characteristic exponent [LCE] gives the rate of exponential divergence from perturbed initial conditions. To examine the behavior of an orbit around a point X^*(t), perturb the system and write

 X(t)=X^*(t)+U(t),

(1)

where U(t) is the average deviation from the unperturbed trajectory at time t. In a chaotic region, the LCE sigma is independent of X^*(0). It is given by the Oseledec theorem, which states that

 sigma_i=lim_(t->infty)1/tln|U(t)|.

(2)

For an n-dimensional mapping, the Lyapunov characteristic exponents are given by

 sigma_i=lim_(N->infty)ln|lambda_i(N)|

(3)

for i=1, ..., n, where lambda_i is the Lyapunov characteristic number.

One Lyapunov characteristic exponent is always 0, since there is never any divergence for a perturbed trajectory in the direction of the unperturbed trajectory. The larger the LCE, the greater the rate of exponential divergence and the wider the corresponding separatrix of the chaotic region. For the standard map, an analytic estimate of the width of the chaotic zone by Chirikov (1979) finds

 deltaI=Be^(-AK^(-1/2)).

(4)

Since the Lyapunov characteristic exponent increases with increasing K, some relationship likely exists connecting the two. Let a trajectory (expressed as a map) have initial conditions (x_0,y_0) and a nearby trajectory have initial conditions . The distance between trajectories at iteration k is then

(5)

and the mean exponential rate of divergence of the trajectories is defined by

 sigma_1=lim_(k->infty)1/kln((d_k)/(d_0)).

(6)

For an n-dimensional phase space (map), there are n Lyapunov characteristic exponents sigma_1>=sigma_2>=...>sigma_n. However, because the largest exponent sigma_1 will dominate, this limit is practically useful only for finding the largest exponent. Numerically, since d_k increases exponentially with k, after a few steps the perturbed trajectory is no longer nearby. It is therefore necessary to renormalize frequently every t steps. Defining

 r_(ktau)=(d_(ktau))/(d_0),

(7)

one can then compute

 sigma_1=lim_(n->infty)1/(ntau)sum_(k=1)^nlnr_(ktau).

(8)

Numerical computation of the second (smaller) Lyapunov exponent may be carried by considering the evolution of a two-dimensional surface. It will behave as

 e^((sigma_1+sigma_2)t),

(9)

so sigma_2 can be extracted if sigma_1 is known. The process may be repeated to find smaller exponents.

For Hamiltonian systems, the LCEs exist in additive inverse pairs, so if sigma is an LCE, then so is -sigma. One LCE is always 0. For a one-dimensional oscillator (with a two-dimensional phase space), the two LCEs therefore must be sigma_1=sigma_2=0, so the motion is quasiperiodic and cannot be chaotic. For higher order Hamiltonian systems, there are always at least two 0 LCEs, but other LCEs may enter in plus-and-minus pairs l and -l. If they, too, are both zero, the motion is integrable and not chaotic. If they are nonzero, the positive LCE l results in an exponential separation of trajectories, which corresponds to a chaotic region. Notice that it is not possible to have all LCEs negative, which explains why convergence of orbits is never observed in Hamiltonian systems.

Now consider a dissipative system. For an arbitrary n-dimensional phase space, there must always be one LCE equal to 0, since a perturbation along the path results in no divergence. The LCEs satisfy sum_(i)sigma_i<0. Therefore, for a two-dimensional phase space of a dissipative system, sigma_1=0,sigma_2<0. For a three-dimensional phase space, there are three possibilities:

1. (Integrable): sigma_1=0,sigma_2=0,sigma_3<0,

2. (Integrable): sigma_1=0,sigma_2,sigma_3<0,

3. (Chaotic): sigma_1=0,sigma_2>0,sigma_3<-sigma_2<0.


REFERENCES:

Sandri, M. "Numerical Calculation of Lyapunov Exponents." Mathematica J. 6, 78-84, 1996. http://library.wolfram.com/infocenter/Articles/2902/.

Chirikov, B. V. "A Universal Instability of Many-Dimensional Oscillator Systems." Phys. Rep. 52, 264-379, 1979.

Ramasubramanian, K. and Sriram, M. S. "A Comparative Study of Computation of Lyapunov Spectra with Different Algorithms" 1999. http://arxiv.org/abs/chao-dyn/9909029.

Trott, M. The Mathematica GuideBook for Programming. New York: Springer-Verlag, p. 24, 2004. http://www.mathematicaguidebooks.org/.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.