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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.45.2023.tde-21092023-055708
Document
Author
Full name
Francisco José dos Santos Nascimento
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Ragazzo, Clodoaldo Grotta (President)
Garcia, Manuel Valentim de Pera
Martins, Ricardo Miranda
Mello, Luis Fernando de Osório
Teixeira, Marco Antonio
Title in Portuguese
Sistemas Newtonianos reversíveis bidimensionais
Keywords in Portuguese
Sistemas Hamiltonianos
Sistemas Newtonianos
Sistemas potenciais
Abstract in Portuguese
Este trabalho é dedicado ao estudo da equação diferencial ordinária (ED0) autônoma de segunda ordem \Ddot=F(u,\Dot), onde F\in C^r(\R^2,\R), r\in\{k\geq1,\infty,\omega\}, é uma função par na segunda variável, ou seja, F(u,-\dot)=F(u,\dot). Essa EDO é equivalente ao sistema newtoniano planar de equações diferenciais de primeira ordem \big(\Dot=v, \Dot=F(u,v)\big)\, (\star). Na primeira parte do estudo, supomos que F é analítica em uma vizinhança da origem com \partial_uf(0,0) eq0. Nessas condições, (\star) é analiticamente conjugado, em uma vizinhança de (0,0), a um sistema hamiltoniano. Se \partial_uf(0,0)<0, (\star) tem um centro não degenerado em (0,0). Nesse caso mostramos que (\star) é analiticamente conjugado, em uma vizinhança de (0,0), a um sistema hamiltoniano da forma \big(\Dot=y, \Dot=g(x)\big) (\star\star). Na segunda parte, sob uma condição adicional, mostramos que (\star) é conjugado, em todo o \R^2, a um sistema hamiltoniano. No principal resultado deste trabalho mostramos que, se o único equilíbrio de (\star) é um centro não degenerado, então (\star) é globalmente conjugado a um sistema hamiltoniano do tipo (\star\star). Nesse caso, (\star\star) não está, necessariamente, definido em todo o \R^2.
Title in English
Two-dimensional reversible Newtonian systems
Keywords in English
Hamiltonian systems
Newtonian systems
Potential systems
Abstract in English
This work focuses on the analysis of a second-order autonomous ordinary differential equation (ODE) \ddot=F(u,\dot), where F\in C^r(\R^2,\R), with r\in\{k\geq1,\infty,\omega\}, and F is an even function with respect to the second variable, that is, F(u,-\dot)=F(u,\dot). This ODE is equivalent to the planar Newtonian first-order system (\dot=v, \dot=F(u,v))\, (\star). In the first part of the study, we work under the assumption that F is analytic near the origin, with \partial_uf(0,0) eq0. Under these conditions, the system (\star) is analytically conjugate, in a neighborhood of (0,0), to a Hamiltonian system. If \partial_uf(0,0)<0, (\star) possesses a non-degenerate center at (0,0). In such cases, we demonstrate that (\star) is analytically conjugate, in a neighborhood of (0,0), to a Hamiltonian system of the form (\dot=y, \dot=g(x))\, (\star\star). In the second part, under an additional condition, we establish that (\star) is conjugate, across the entirety of \R^2, to a Hamiltonian system. The main result of this paper proves that if the only equilibrium of (\star) is a non-degenerate center, then (\star) is globally conjugate to a Hamiltonian system of type (\star\star). Note that in this case, (\star\star) is not necessarily defined on the whole \R^2.
 
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Publishing Date
2023-09-27
 
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