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数学所讲座第讲 数学研究所
不变环面、Poincare映射 (1)圆周的保向(微分)同胚: 旋转数(Poincare): 定理1.1(Poincare) 保向同胚存在旋转数,且旋转数不依赖圆周上点的选取。旋转数是有理数当且仅当同胚的某个有限次迭代映射有不动点。 旋转数是一个拓扑不变量。 定理1.2(Denjoy,1932) 圆周的保向同胚属于 , 且旋转数 是无理数,则 它拓扑等价于标准旋转 定理由Poincare1885年猜测(对三角多项式函数)。 Denjoy还举反例说明 不成立。 稳定性(解析同胚解析共轭于旋转映射) 定理1.3(Arnold 1960, Ruessmann 1970, Yoccoz 1989) 设 A是 的单位圆周映射,其旋转数 是无理数,其连分数表示为 . 设 如果 , 则存在 ,使得如果 则存在解析同胚 ,使得: . 而且丢番图条件是最优的。 到环面的推广(Arnold 1961, Moser 1962, 1990) 光滑共轭。 最优结果? 刚性 定理1.4(Herman, Yoccoz) 若 是解析保向微分同胚,旋转数满足某种丢番图条件,则 解析共轭于标准的圆周旋转。所给的丢番图条件是最优的(Yoccoz). 定理1.5 (Herman 1976, Khanin Teplinski 2009) 是 保向微分同胚,旋转数满足 丢番图条件,0≤??≤1, ?-?1. 则 (1+?-?)-次光滑共轭于标准旋转。 定理1.6(Khanin Khmelev 2003) 若两个圆周保向同胚具有相等的二次无理旋转数,都存在唯一的非光滑点,且在此点左、右导数都为正数,而且比值相等,在其余点都是(2+?)次光滑的,且则存在?0,使得此二同胚(1+?)次光滑共轭。 证明方法:重整化技术、交叉比 (2)环域的保面扭转映射 定理2.1(Moser 1962, Herman 1983) 环域上(3+?)次可微的标准保面扭转映射的(3+?)次扰动(扰动后的映射还是保面积映射),存在同伦于边界的闭曲线,而且闭曲线所占据环面的测度随着扰动的消失趋于环面的测度。 定理2.2(Poincare-Birkhoff) 环域上保面扭转微分同胚至少存在两个不动点。 定理2.3 (Mather,1982) 设A是环域到自身保持边界旋转的单调扭转同胚,其在边界的旋转数为αβ, 对任一γ:αγβ, 存在实轴上一个弱保序映射f (t) 使得 f(t+1)=f(t)+1 A(f(t),g(t))=(f(t+ γ ), g(t+ γ )) 其中 g(t)也是一个弱保序的单位圆周的提升映射,由f 和 A唯一确定,与f有相同的连续点 和间断点。 若t是f的连续点,则t+ γ,t- γ 也是; 若γ=p/q, 则存在 (x,y) 使得 Aq (x,y)=(x+p,y); 若γ是无理数,则f在任何区间上不为常数。 曲线x=f(t), y=g(t), -∞t +∞是一条环形不变曲线(可能间断),其闭包可能是 Cantor集。 (3)解析函数的线性化 定理 3.1 (Siegel 1942) 复平面原点领域的一个解析函数,若其在零点的导数在单位圆上,且满足丢番图条件,则在原点邻域解析等价于线性部分。 定理3.2 (Yoccoz 1984) 上述结果对Bruno条件也成立,且反之亦然。若不满足Bruno条件,则二次函数不可线性化(此时在原点的任何邻域存在周期点)。 定理3.2 (Marco 1993) 给出原点邻域全纯函数不可线性化且没有周期点的充要条件(强Bruno条件)。 早年Poincare的结果:函数在原点的导数不在单位圆上,总可以线性化。 太阳系稳定吗? KAM理论并没有解决太阳系的稳定性问题,哈密尔顿系统的稳定性仍然是一个公开问题。即便大多数初始状态出发的天体确实在做拟周期运动,但是目前的天体是否是从这样的初始状态出发也无法验证;另一方面,太阳系在宇宙中不是孤立的,各天体间也不只受万有引力作用,特别是量子效应和引力的相对论效应作用,在宇宙时间尺度内也许会发生显著的变化,这个问题仍然是一个有意义的问题,不过已经远超出经典力学的
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