Energy Function for Diffeomorphisms with Expanding Attractors and Contracting Repellers

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this paper we consider Ω-stable diffeomorphisms defined on smooth closed orientable manifolds of dimension n3, whose all nontrivial basic sets are either expanding attractors or contracting repellers of co-dimension 1. Due to the simple topological structure of the basins of such attractors and repellers, one can make a transition from a given dynamical system with nontrivial basic sets to a regular system which is a homeomorphism with a finite hyperbolic chain-recurrent set. It is well known that not every discrete dynamical systems has energy functions, i.e. a global Lyapunov function whose set of critical points coincides with the chain-recurrent set of the system. Counterexamples were found both among regular diffeomorphisms and among diffeomorphisms with chaotic dynamics. The main result of this paper is the proof of the fact that the topological energy functions for the original diffeomorphism and for its corresponding regular homeomorphism exist or do not exist simultaneously. Thus, numerous results obtained in the field of existence of energy functions for systems with regular dynamics, e.g., for Morse–Smale diffeomorphisms, may be applied to the study of the diffeomorphisms with expanding attractors and contracting repellers of co-dimension 1.

About the authors

Olga A. Kolchurina

Higher School of Economics

Author for correspondence.
Email: oakolchurina@edu.hse.ru
ORCID iD: 0000-0002-4998-2186

Student of the Faculty of Informatics, Mathematics and Computer Science

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. C. Conley, “Isolated invariant sets and the Morse index”, 38:1 (1978), 100 p.
  2. S. Smale, “On gradient dynamical systems”, Ann. of Math, 74:1 (1961), 199–206.
  3. K. R. Meyer, “Energy functions for Morse Smale systems”, American Journal of Mathematics, 90:4 (1968), 1031–1040. DOI: https://doi.org/10.2307/2373287.
  4. J. Franks, “Nonsingular smale flows on S3”, Topology, 24 (1985), 265–282. DOI: https://doi.org/10.1016/0040-9383(85)90002-3.
  5. V. Z. Grines, E. Ya. Gurevich, O. V. Pochinka, “The energy function of gradient-like flows and the topological classification problem”, Math. Notes, 96:6 (2014), 856—863. DOI: https://doi.org/10.4213/mzm1056 (In Russ.).
  6. A. A. Bosova, V. E. Kruglov, O. V. Pochinka, “Energy function for an Ω-stable flow with a saddle connection on a sphere”, Taurida Journal of Computer Science Theory and Mathematics, 4 (2017), 51–58 (In Russ.).
  7. A. E. Kolobyanina, V. E. Kruglov, “Morse-Bott energy function for surface Ω-steady flows”, Middle Volga Mathematical Society Journal, 22:4 (2020), 434–441. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.22.202004.434-441 (In Russ.).
  8. O. V. Pochinka, S. K. Zinina, “Construction of the Morse-Bott energy function for regular topological flows”, Math. Notes, 107:2 (2020), 313–321 (In Russ.).
  9. O. V. Pochinka, S. K. Zinina, “Construction of the Morse-Bott energy function for regular topological flows”, Regul. Chaotic Dyn., 26:4 (2021), 350–369. DOI: https://doi.org/10.1134/S1560354721040031.
  10. V. Z. Grines, O. V. Pochinka, “Construction of energetic functions for Ω-stable diffeomorphisms on 2- and 3-manifolds”, Proceedings of the Crimean Autumn Mathematical School-Symposium, CMFD, 63:2 (2017), 191–222. DOI: https://doi.org/10.22363/2413-3639-2017-63-2-191-222 (In Russ.).
  11. D. Pixton, “Wild unstable manifolds”, Topology, 16 (1977), 167–172. DOI: https://doi.org/10.1016/0040-9383(77)90014-3.
  12. V. Z. Grines, F. Laudenbach, O. V. Pochinka, “Quasi-energy function for diffeomorphisms with wild separatrices”, Mat. Zametki, 86:2 (2009), 175–183. DOI: https://doi.org/10.4213/mzm8474 (In Russ.).
  13. T. M. Mitryakova, O. V. Pochinka, A. E. Shishenkova, “Energy function for diffeomorphisms on surfaces with finite hyperbolic chain recurrent set”, Zhurnal Srednevolzhskogo Matematicheskogo Obshchestva, 14:1 (2012), 98–106 (In Russ.).
  14. V. Z. Grines, F. Laudenbach, O. V. Pochinka, “Dynamically ordered energy function for Morse-Smale diffeomorphisms on 3-manifolds”, Proceedings of the Steklov Institute of Mathematics, 278 (2012), 27–40 (In Russ.).
  15. M. K. Barinova, V. Z. Grines, O. V. Pochinka, “Criterion for the existence of an energy function for a regular homeomorphism of the 3-sphere”, Proceedings of the Steklov Institute of Mathematics, 321:1 (2023), 45–61. DOI: https://doi.org/10.4213/tm4323 (In Russ.).
  16. M. K. Barinova, “On existence of an energy function for Ω-stable surface diffeomorphisms”, Lobachevskii Journal of Mathematics, 43 (2022), 257–263.
  17. V. Z. Grines, M. K. Noskova, O. V. Pochinka, “Energy function for A-diffeomorphisms of surfaces with one-dimensional non-trivial basic sets”, Dynamical Systems, 5:1–2 (2015), 31–37 (In Russ.).
  18. V. Z. Grines, M. K. Noskova, O. V. Pochinka, “The construction of an energy function for three-dimensional cascades with a two-dimensional expanding attractor”, Transactions of the Moscow Mathematical Society, 76:2 (2015), 237–249 (In Russ.).
  19. M. K. Barinova, V. Z. Grines, O. V. Pochinka, B. Yu, “Existence of an energy function for three-dimensional chaotic “sink-source” cascades”, Chaos, 31:6 (2021), 1–8. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0026293.
  20. M. K. Barinova, E. K. Shustova, “Energy function for direct products of discrete dynamical systems”, Zhurnal SVMO, 25:2 (2023), 11–21. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.25.202302.11-21 (In Russ.).
  21. M. K. Barinova, E. K. Shustova, “Dynamical properties of direct products of discrete dynamical systems”, Zhurnal SVMO, 24:1 (2022), 21–30. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.24.202201.21-30 (In Russ.).
  22. J. Palis, W. Melo, Geometric theory of dynamical systems: an introduction, Springer New York, NY, 2012 DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4612-5703-5, 198 p.
  23. M. Shub, “Stabilité globale des systèmes dynamiques”, Astérisque, 1978, no. 56, 224 p.
  24. S. Smale, “The omega-stability theorem, global analysis”, Proc. Symp. Pure Math, 14 (1970), 289–297.
  25. J. E. Franke, J. F. Selgrade, “Hyperbolicity and chain recurrence”, Journal of Differential Equations, 26:1 (1977), 27–36. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-0396(77)90096-1.
  26. S. Smale, “Differentiable dynamical systems”, Bull. Amer. Math. Soc., 73:6 (1967), 747–817.
  27. J. Milnor, “On manifolds homeomorphic to the 7-sphere”, Annals of Mathematics, 64:2 (1956), 399–405. DOI: https://doi.org/10.2307/1969983.
  28. S. K. Donaldson, “An application of gauge theory to four-dimensional topology”, Journal of Differential Geometry, 18:2 (1983), 279–315.
  29. M. K. Barinova, “On isolated periodic points of diffeomorphisms with expanding attractors of codimension 1”, Cornell University. Series Math Arxiv.org, 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.15699.
  30. V. Z. Grines, V. S. Medvedev, E. V. Zhuzhoma, “On the topological structure of manifolds supporting axiom a systems”, Regul. Chaot. Dyn., 27 (2022), 613–628. DOI: https://doi.org/10.1134/S1560354722060028.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Кольчурина О.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».