Jump to content

Сложная динамика

(Перенаправлено из Голоморфной динамики )

Комплексная динамика , или голоморфная динамика , — это исследование динамических систем, полученных путем итерации комплексного аналитического отображения. Эта статья посвящена случаю алгебраической динамики , когда полиномиальная или рациональная функция повторяется . В геометрических терминах это равносильно повторению отображения некоторого алгебраического многообразия в себя. Соответствующая теория арифметической динамики изучает итерацию над рациональными числами или p-адическими числами вместо комплексных чисел .

Динамика в комплексном измерении 1

[ редактировать ]

Простой пример, показывающий некоторые основные проблемы сложной динамики, — это отображение из комплексных чисел C в себя. Полезно рассматривать это как карту комплексной проективной линии. к себе, добавив точку к комплексным числам. ( имеет то преимущество, что компактен .) Основной вопрос таков: учитывая точку в , как движется его орбита (или передняя орбита )

вести себя качественно? Ответ: если абсолютное значение | г | меньше 1, то орбита сходится к 0, причем более чем экспоненциально быстро. Если | г | больше 1, то орбита сходится к точке в , опять же более чем экспоненциально быстро. (Здесь 0 и являются суперпритягивающими фиксированными точками f нулю , а это означает, что равна . производная f в этих точках Притягивающая фиксированная точка означает точку , в которой производная f имеет абсолютное значение меньше 1.)

С другой стороны, предположим, что , что означает, что z находится на единичной окружности в C . В этих точках динамика f по-разному хаотична. Например, почти для всех точек z на окружности с точки зрения теории меры прямая орбита z плотна в окружности и фактически равномерно распределена по окружности. также бесконечно много периодических точек , то есть точек с На окружности для некоторого положительного целого числа r . (Здесь означает результат применения f к z r раз, .) Даже в периодических точках z на окружности динамику f можно считать хаотичной, поскольку точки вблизи z экспоненциально быстро расходятся от z при итерации f . (Периодические точки f на единичной окружности отталкиваются : если , производная от в точке z имеет абсолютное значение больше 1.)

Пьер Фату и Гастон Жюли показали в конце 1910-х годов, что большая часть этой истории распространяется на любую сложную алгебраическую карту из в себя степени больше 1. (Такое отображение может быть задано многочленом с комплексными коэффициентами или, в более общем смысле, рациональной функцией.) А именно, всегда существует компактное подмножество , множество Жюлиа , на котором динамика f хаотична. Для картографии , множество Джулии представляет собой единичный круг. Для других полиномиальных отображений множество Жюлиа часто бывает очень нерегулярным, например, фракталом в том смысле, что его хаусдорфова размерность не является целым числом. Это происходит даже для таких простых отображений, как для постоянного . Множество Мандельброта — это набор комплексных чисел c таких, что множество Жюлиа подключен .

Множество Джулии многочлена с .
Множество Джулии многочлена с . Это множество Кантора .

Существует достаточно полная классификация возможной динамики рациональной функции. в наборе Фату — дополнении набора Жюлиа, где динамика «ручная». А именно, Деннис Салливан показал, что каждый компонент связности U множества Фату является предпериодическим, а это означает, что существуют натуральные числа. такой, что . Поэтому для анализа динамики на компоненте U можно после замены f на итерацию предположить, что . Тогда либо (1) U содержит притягивающую неподвижную точку для f ; (2) U является параболическим в том смысле, что все точки U приближаются к фиксированной точке на границе U ; (3) U диск Зигеля , что означает, что действие f на U сопряжено иррациональному вращению открытого единичного диска; или (4) U кольцо Германа , что означает, что действие f на U сопряжено иррациональному вращению открытого кольца . [1] (Обратите внимание, что «обратная орбита» точки z в U , набор точек в это отображение в z при некоторой итерации f не обязательно должно содержаться в U. )

Равновесная мера эндоморфизма

[ редактировать ]

Сложная динамика эффективно развита в любом измерении. В этом разделе основное внимание уделяется отображениям из комплексного проективного пространства. себе, богатейший источник примеров. Основные результаты для были расширены до класса рациональных отображений любого проективного многообразия в себя. [2] Однако обратите внимание, что многие разновидности не имеют интересных автокарт.

Пусть f — эндоморфизм , что означает морфизм алгебраических многообразий из самому себе, для положительного целого числа n . Такое отображение задается в однородных координатах формулой

для некоторых однородных многочленов одной степени d, не имеющие общих нулей в . (По теореме Чоу это то же самое, что голоморфное отображение из самому себе.) Предположим, что d больше 1; то степень отображения f равна , что также больше 1.

Тогда существует единственная вероятностная мера на , равновесная мера f , которая описывает наиболее хаотичную часть динамики f . (Ее также называли мерой Грина или мерой максимальной энтропии .) Эта мера была определена Гансом Бролином (1965) для многочленов от одной переменной, Александром Фрейре, Артуром Лопесом , Рикардо Манье и Михаилом Любичем для (около 1983 г.), а также Джона Хаббарда , Питера Пападопола, Джона Форнесса и Нессима Сибони в любом измерении (около 1994 г.). [3] Маленький набор Юлия является носителем равновесной меры в ; это просто набор Джулии, когда .

  • Для картографии на , равновесная мера - это мера Хаара (стандартная мера, масштабированная до полной меры 1) на единичном круге. .
  • В более общем смысле, для целого числа , позволять быть отображением
Тогда равновесная мера — мера Хаара на n -мерном торе Для более общих голоморфных отображений из Сама по себе равновесная мера может быть гораздо более сложной, как это видно уже в комплексном измерении 1 из изображений множеств Жюлиа.

Характеристики равновесной меры

[ редактировать ]

Основное свойство равновесной меры состоит в том, что она инвариантна относительно f в том смысле, что мера прямого действия равно . Поскольку f конечный морфизм , мера обратного образа также определяется, и в полностью инвариантен том смысле, что .

Одной из ярких характеристик равновесной меры является то, что она описывает асимптотику почти каждой точки в если следовать назад во времени, Жан-Ив Бриан, Жюльен Дюваль, Тьен-Куонг Динь и Сибони. А именно, для точки z в и положительное целое число r , рассмотрим вероятностную меру которая равномерно распределена по точки w с . Тогда существует Зарисского замкнутое подмножество такая, что для всех точек z, не принадлежащих E , только что определенные меры слабо сходятся к равновесной мере поскольку r стремится к бесконечности. Более подробно: только конечное число замкнутых комплексных подпространств относительно полностью инвариантны f ( это означает, что ), и можно взять исключительное множество E в качестве единственного наибольшего полностью инвариантного замкнутого комплексного подпространства, не равного . [4]

Другая характеристика равновесной меры (по Брину и Дювалю) состоит в следующем. Для каждого положительного целого числа r количество периодических точек периода r (это означает, что ), посчитанный с кратностью, равен , что примерно . Рассмотрим вероятностную меру, которая равномерно распределена в точках периода r . Тогда эти меры также сходятся к равновесной мере поскольку r стремится к бесконечности. При этом большинство периодических точек отталкиваются и лежат в , и поэтому ту же предельную меру можно получить, усредняя только по отталкивающим периодическим точкам в . [5] Также могут быть отталкивающие периодические точки снаружи . [6]

Равновесная мера придает нулевую массу любому замкнутому комплексному подпространству это еще не все пространство. [7] Поскольку периодические точки в плотны в , то периодические точки f плотны по Зарисскому в . Более алгебраическое доказательство этой плотности Зарисского было дано Наджмуддином Фахруддином. [8] Еще одно последствие придание нулевой массы замкнутым комплексным подпространствам, не равным заключается в том, что каждая точка имеет нулевую массу. В результате поддержка из не имеет изолированных точек и поэтому является совершенным множеством .

Поддержка равновесной меры не слишком мала в том смысле, что ее хаусдорфова размерность всегда больше нуля. [7] В этом смысле эндоморфизм комплексного проективного пространства степени больше 1 всегда ведет себя хаотично, по крайней мере, на части пространства. (Есть примеры, когда это все из . [9] Другой способ уточнить, что f имеет некоторое хаотическое поведение, состоит в том, что топологическая энтропия f ) всегда больше нуля и фактически равна , Михаил Громов Михал Мисюревич и Феликс Пшитицкий. [10]

Для любого непрерывного эндоморфизма f компактного метрического пространства X топологическая энтропия f равна максимуму теоретико-мерной энтропии (или «метрической энтропии») всех f -инвариантных мер на X . голоморфного эндоморфизма f Для , равновесная мера — это единственная инвариантная мера максимальной энтропии, предложенная Брайном и Дювалем. [3] Это еще один способ сказать, что наиболее хаотичное поведение f сосредоточено на поддержании равновесной меры.

Наконец, можно сказать больше о динамике f на носителе равновесной меры: f эргодична является и, в более сильной степени, перемешивающей относительно этой меры, согласно Форнессу и Сибони. [11] Отсюда следует, например, что почти для каждой точки относительно , его передняя орбита распределена равномерно относительно .

Карты латте

[ редактировать ]

Отображение Латтеса эндоморфизм f — это получается из эндоморфизма абелева многообразия делением на конечную группу . В этом случае равновесная мера f относительно абсолютно непрерывна меры Лебега на . И наоборот, Анной Здуник , Франсуа Бертело и Кристофом Дюпоном, единственные эндоморфизмы равновесная мера которых абсолютно непрерывна относительно меры Лебега, являются примерами Латте. [12] То есть для всех эндоморфизмов, не являющихся Латтесом, присваивает свою полную массу 1 некоторому борелевскому множеству меры Лебега 0.

Случайная выборка из равновесной меры карты Латтеса . В наборе Джулии есть все .
Случайная выборка из равновесной меры карты не-Латтеса . В наборе Джулии есть все , [13] но мера равновесия весьма нерегулярна.

В измерении 1 больше известно о «нерегулярности» равновесной меры. А именно, определим хаусдорфову размерность вероятностной меры. на (или, в более общем смысле, на гладком многообразии) путем

где обозначает хаусдорфову размерность борелевского множества Y . эндоморфизма f Для степени больше 1, Здуник показал, что размерность равна хаусдорфовой размерности своего носителя (множества Жюлиа) тогда и только тогда, когда f сопряжено с отображением Латте, многочленом Чебышева (с точностью до знака) или степенным отображением с . [14] (В последних случаях множество Жюлиа состоит из , замкнутый интервал или круг соответственно. [15] ) Таким образом, за пределами этих особых случаев равновесная мера является крайне нерегулярной, приписывая положительную массу некоторым замкнутым подмножествам множества Жюлиа с меньшей хаусдорфовой размерностью, чем все множество Жюлиа.

Автоморфизмы проективных многообразий

[ редактировать ]

В более общем смысле, сложная динамика стремится описать поведение рациональных карт при итерации. Один случай, который был изучен с некоторым успехом, - это случай комплексного проективного автоморфизмов гладкого многообразия X , то есть изоморфизмов f из X в себя. Основной интерес представляет случай, когда f действует нетривиально на сингулярных когомологиях. .

Громов и Йосеф Йомдин показали, что топологическая энтропия эндоморфизма (например, автоморфизма) гладкого комплексного проективного многообразия определяется его действием на когомологии. [16] Явно, для X комплексной размерности n и , позволять спектральный радиус f , действующий путем обратного образа на когомологий Ходжа группу . Тогда топологическая энтропия f равна

(Топологическая энтропия f также является логарифмом спектрального радиуса f на всех когомологиях .) Таким образом, f имеет некоторое хаотическое поведение в том смысле, что его топологическая энтропия больше нуля тогда и только тогда, когда она действует на некоторой группе когомологий с собственным значением по абсолютной величине больше 1. Многие проективные многообразия не имеют таких автоморфизмов, но (например) многие рациональные поверхности и поверхности K3 имеют такие автоморфизмы. [17]

Пусть X — компактное кэлерово многообразие , включающее случай гладкого комплексного проективного многообразия. Скажем, что автоморфизм f пространства X имеет простое действие на когомологии, если: существует только одно число p такое, что принимает максимальное значение, действие f на имеет только одно собственное значение с абсолютным значением , и это простое собственное значение . Например, Серж Канта показал, что каждый автоморфизм компактной кэлеровой поверхности с положительной топологической энтропией имеет простое действие на когомологии. [18] (Здесь «автоморфизм» является комплексно-аналитическим, но не предполагается, что он сохраняет кэлерову метрику на X. Фактически, каждый автоморфизм, сохраняющий метрику, имеет нулевую топологическую энтропию.)

Для автоморфизма f с простым действием на когомологии были достигнуты некоторые цели сложной динамики. Динь, Сибони и Анри де Телен показали, что существует уникальная инвариантная вероятностная мера. максимальной энтропии для f , называемой равновесной мерой (или мерой Грина , или мерой максимальной энтропии ). [19] (В частности, имеет энтропию относительно f .) Поддержка называется малым множеством Жюлиа . Неформально: f имеет некоторое хаотическое поведение, причем наиболее хаотичное поведение сосредоточено на небольшом множестве Жюлиа. По крайней мере, когда X проективно, имеет положительную размерность Хаусдорфа. (Точнее, присваивает нулевую массу всем множествам достаточно малой хаусдорфовой размерности.) [20]

Автоморфизмы горя

[ редактировать ]

Некоторые абелевы многообразия обладают автоморфизмом положительной энтропии. Например, пусть E — комплексная эллиптическая кривая , а X — абелева поверхность. . Затем группа обратимого целочисленные матрицы действуют на X . Любой элемент группы f которого , трасса имеет абсолютное значение больше 2, например , имеет спектральный радиус больше 1 и поэтому дает автоморфизм X с положительной энтропией . Равновесной мерой f является мера Хаара (стандартная мера Лебега) на X . [21]

Автоморфизмы Куммера определяются путем взятия фактор-пространства по конечной группе абелевой поверхности с автоморфизмом и последующего раздутия , чтобы сделать поверхность гладкой. Полученные поверхности включают некоторые специальные поверхности К3 и рациональные поверхности. Для автоморфизмов Куммера равновесная мера имеет носитель, равный X , и гладкая вне конечного числа кривых. И наоборот, Канта и Дюпон показали, что для всех поверхностных автоморфизмов с положительной энтропией, за исключением примеров Куммера, равновесная мера не является абсолютно непрерывной относительно меры Лебега. [22] В этом смысле равновесная мера автоморфизма обычно бывает несколько нерегулярной.

Седловые периодические точки

[ редактировать ]

Периодическая точка z функции f называется седловой периодической точкой, если для такого натурального числа r, что , хотя бы одно собственное значение производной в касательном пространстве в точке z имеет абсолютное значение меньше 1, по крайней мере один имеет абсолютное значение больше 1, и ни одно не имеет абсолютное значение, равное 1. (Таким образом, f расширяется в некоторых направлениях и сжимается в других, вблизи z .) Для автоморфизм f с простым действием на когомологии, седловые периодические точки плотны на носителе равновесной меры . [20] С другой стороны, мера обращается в нуль на замкнутых комплексных подпространствах, не равных X . [20] Отсюда следует, что периодические точки f (или даже просто седловые периодические точки, содержащиеся в носителе ) плотны по Зарисскому в X .

Для автоморфизма f с простым действием на когомологии f и его обратное отображение являются эргодическими и, в более сильной степени, перемешивающими относительно равновесной меры. . [23] Отсюда следует, что почти для каждой точки z относительно , передняя и обратная орбиты z равномерно распределены относительно .

Заметное отличие от случая эндоморфизмов заключается в том, что для автоморфизма f с простым действием на когомологии может существовать непустое открытое подмножество X , на котором ни прямая, ни обратная орбиты не приближаются к носителю равновесной меры. Например, Эрик Бедфорд, Кёнхи Ким и Кертис МакМаллен построили автоморфизмы f гладкой проективной рациональной поверхности с положительной топологической энтропией (следовательно, простое действие на когомологии) такие, что f имеет диск Зигеля, на котором действие f сопряжено с нерациональное вращение. [24] Точки в этом открытом наборе никогда не приближаются под действием f или обратного ей.

По крайней мере, в комплексном измерении 2 равновесная мера f описывает распределение изолированных периодических точек f . (Могут также существовать комплексные кривые, фиксированные с помощью f или итерации, которые здесь игнорируются.) А именно, пусть f — автоморфизм компактной кэлеровой поверхности X с положительной топологической энтропией. . Рассмотрим вероятностную меру, равномерно распределенную в изолированных периодических точках периода r (это означает, что ). Тогда эта мера слабо сходится к как r стремится к бесконечности, Эрик Бедфорд, Любич и Джон Смилли . [25] То же самое справедливо и для подмножества седловых периодических точек, поскольку оба набора периодических точек растут со скоростью .

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Милнор (2006), раздел 13.
  2. ^ Гедж (2010), Теорема B.
  3. ^ Jump up to: а б Динь ​​и Сибони (2010), «Динамика...», Теорема 1.7.11.
  4. ^ Динь и Сибони (2010), «Динамика ...», Теорема 1.4.1.
  5. ^ Динь и Сибони (2010), «Динамика ...», Теорема 1.4.13.
  6. ^ Форнэсс и Сибони (2001), Теорема 4.3.
  7. ^ Jump up to: а б Динь ​​и Сибони (2010), «Динамика...», Предложение 1.2.3.
  8. ^ Фахруддин (2003), Следствие 5.3.
  9. ^ Милнор (2006), Теорема 5.2 и проблема 14-2; Форнэсс (1996), Глава 3.
  10. ^ Динь и Сибони (2010), «Динамика ...», Теорема 1.7.1.
  11. ^ Динь и Сибони (2010), «Динамика ...», Теорема 1.6.3.
  12. ^ Berteloot & Dupont (2005), Теорема 1.
  13. ^ Милнор (2006), проблема 14-2.
  14. ^ Здуник (1990), Теорема 2; Berteloot & Dupont (2005), введение.
  15. ^ Милнор (2006), задача 5-3.
  16. ^ Кантат (2000), Теорема 2.2.
  17. ^ Кантат (2010), разделы с 7 по 9.
  18. ^ Кантат (2014), раздел 2.4.3.
  19. ^ Де Телин и Динь (2012), Теорема 1.2.
  20. ^ Jump up to: а б с Динь ​​и Сибони (2010), «Суперпотенциалы…», раздел 4.4.
  21. ^ Кантат и Дюпон (2020), раздел 1.2.1.
  22. ^ Кантат и Дюпон (2020), Основная теорема.
  23. ^ Динь и Сибони (2010), «Суперпотенциалы ...», Теорема 4.4.2.
  24. ^ Кантат (2010), Теорема 9.8.
  25. ^ Сингс (2014), Теорема 8.2.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 32b4dc8562e30401159d9e1094381411__1692076980
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/32/11/32b4dc8562e30401159d9e1094381411.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Complex dynamics - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)