A geometria de algumas famílias tridimensionais de sistemas diferenciais quadráticos no plano

• Main Author: Alex Carlucci Rezende
• Other Authors: Regilene Delazari dos Santos Oliveira
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2014
• Subjects: Classificação topológica; Hipérbole invariante; Modelo do tipo SIS; Nó triplo semi-elemental; Polinômios invariantes afins; Retrato de fase global; Sistemas diferenciais quadráticos; Affine invariant polynomials; Global phase portrait; Invariant hyperbola; Quadratic differential systems; Semi-elemental saddle-node; Semi-elemental triple node; SIS model; Topological classification
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55135/tde-25112014-142038/

Sistemas diferenciais quadráticos planares estão presentes em muitas áreas da matemática aplicada. Embora mais de mil artigos tenham sido publicados sobre os sistemas quadráticos ainda resta muito a se conhecer sobre esses sistemas. Problemas clássicos, e em particular o XVI problema de Hilbert, estão ainda em aberto para essa família. Um dos objetivos dos pesquisadores contemporâneos é obter a classificação topológica completa dos sistemas quadráticos. Devido ao grande número de parâmetros (essa família possui doze parâmetros e, aplicando transformações afins e reescala do tempo, reduzimos esse número a cinco, sendo ainda um número grande para se trabalhar) usualmente subclasses são consideradas nas investigações realizadas. Quando características específicas são levadas em consideração, o número de parâmetros é reduzido e o estudo se torna possível. Nesta tese estudamos principalmente duas subfamílias de sistemas quadráticos: a primeira possuindo um nó triplo semielemental e a segunda possuindo uma selanó semi elemental finita e uma selanó semielemental infinita formada pela colisão de uma sela infinita com um nó infinito. Os diagramas de bifurcação para ambas as famílias são tridimensionais. A família tendo um nó triplo gera 28 retratos de fase topologicamente distintos, enquanto o fecho da família tendo as selasnós dentro do espaço de bifurcação de sua forma normal gera 417. Polinômios invariantes são usados para construir os conjuntos de bifurcação e os retratos de fase topologicamente distintos são representados no disco de Poincaré. Os conjuntos de bifurcação são a união de superfícies algébricas e superfícies cuja presença foi detectada numericamente. Ainda nesta tese, apresentamos todos os retratos de fase de um sistema diferencial conhecido como modelo do tipo SIS (sistema suscetívelinfectadosuscetível, muito comum na matemática aplicada) e a classificação dos sistemas quadráticos possuindo hipérboles invariantes. Ambos sistemas foram investigados usando de polinômios invariantes afins. === Planar quadratic differential systems occur in many areas of applied mathematics. Although more than one thousand papers have been written on these systems, a complete understanding of this family is still missing. Classical problems, and in particular Hilberts 16th problem, are still open for this family. One of the goals of recent researchers is the topological classification of quadratic systems. As this attempt is not possible in the whole class due to the large number of parameters (twelve, but, after affine transformations and time rescaling, we arrive at families with five parameters, which is still a large number), many subclasses are considered and studied. Specific characteristics are taken into account and this implies a decrease in the number of parameters, which makes possible the study. In this thesis we mainly study two subfamilies of quadratic systems: the first one possessing a finite semielemental triple node and the second one possessing a finite semielemental saddlenode and an infinite semielemental saddlenode formed by the collision of an infinite saddle with an infinite node. The bifurcation diagram for both families are tridimensional. The family having the triple node yields 28 topologically distinct phase portraits, whereas the closure of the family having the saddlenodes within the bifurcation space of its normal form yields 417. Invariant polynomials are used to construct the bifurcation sets and the phase portraits are represented on the Poincaré disk. The bifurcation sets are the union of algebraic surfaces and surfaces whose presence was detected numerically. Moreover, we also present the analysis of a differential system known as SIS model (this kind of systems are easily found in applied mathematics) and the complete classification of quadratic systems possessing invariant hyperbolas.