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Satz über die Zentrumsmannigfaltigkeit für Differentialgleichungen

Betrachtet wird eine parameterabhängige Differentialgleichung
(17.53)

mit , wobei und offene Mengen darstellen und als -mal stetig differenzierbar vorausgesetzt wird. Die Gleichung (17.53) läßt sich als parameterfreie Differentialgleichung im Phasenraum interpretieren. Aus dem Satz von PICARD - LINDELÖF und dem Satz über die
Differenzierbarkeit nach den Anfangswerten folgt, daß (17.53) für beliebige und eine lokal eindeutige Lösung mit Anfang zur Zeit besitzt, die bezüglich und dann -mal stetig differenzierbar ist. Alle Lösungen mögen auf ganz existieren.

Es wird weiter vorausgesetzt, daß System (17.53) bei die Ruhelage besitzt, d.h., es gelte . Es seien die Eigenwerte von mit Re. Außerdem habe genau Eigenwerte mit negativem und Eigenwerte mit positivem Realteil.

Nach dem Satz über die Zentrumsmannigfaltigkeit für Differentialgleichungen ( Satz von SHOSHITAISHVILI) (s. Lit. 17.12) ist die Differentialgleichung (17.53) für mit hinreichend kleiner Norm in einer Umgebung von topologisch äquivalent zu einem System

(17.54)

mit und , wobei eine Matrix vom Typ ist, die als Eigenwerte hat, und eine -Funktion mit sowie darstellt.

Aus der Darstellung (17.54) folgt, daß Bifurkationen von (17.53) in einer Umgebung von ausschließlich durch die Differentialgleichung

(17.55)

beschrieben werden. Die Gleichung (17.55) stellt die auf die lokale Zentrumsmannigfaltigkeit
von (17.54) reduzierte Differentialgleichung dar.

Die reduzierte Differentialgleichung (17.55) kann oft durch eine nichtlineare parameterabhängige Koordinatentransformation, die die topologische Struktur ihres Phasenporträts nahe der untersuchten Ruhelage nicht ändert, auf eine relativ einfache Form (z.B. mit Polynomen auf der rechten Seite) gebracht werden, die Normalform heißt. Eine Normalform läßt sich nicht eindeutig bestimmen; in der Regel wird eine Bifurkation durch unterschiedliche Normalformen äquivalent beschrieben.