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Melnikov-Methode

Gegeben sei die ebene Differentialgleichung
(17.75)

wobei ein kleiner Parameter ist. Für sei (17.75) ein HAMILTON-System, d.h. für gelte und , wobei eine -Funktion sei. Das zeitabhängige Vektorfeld sei zweimal stetig differenzierbar und -periodisch bezüglich des ersten Arguments. Außerdem seien und beschränkt auf beschränkten Mengen. Bei existiere in (17.75) ein homokliner Orbit bezüglich des Sattelpunktes . Der POINCARÉ-Schnitt von (17.75) im Phasenraum bei sehe aus wie in der folgenden Abbildung.



Die POINCARÉ-Abbildung hat für kleine einen Sattel nahe mit den invarianten Mannigfaltigkeiten und . Ist der homokline Orbit des ungestörten Systems durch gegeben, so läßt sich der Abstand der Mannigfaltigkeiten und , gemessen entlang der Geraden, die durch verläuft und senkrecht auf steht, durch die Formel
(17.76a)

berechnen. Dabei ist die MELNIKOV- Funktion , die durch
(17.76b)

definiert ist. Für und ist . Besitzt die MELNIKOV-Funktion in eine einfache Nullstelle, d.h., gilt und , dann schneiden sich die Mannigfaltigkeiten und für genügend kleine transversal. Wenn keine Nullstellen besitzt, gilt , d.h., es gibt keine homoklinen Punkte.

Bemerkung: Das ungestörte System (17.75) besitze einen heteroklinen Orbit, gegeben durch , der aus einem Sattel in einen Sattel läuft. Seien und die Sattel der POINCARE-Abbildung für kleine . Besitzt , berechnet wie oben, in eine einfache Nullstelle, so schneiden sich und für kleine transversal.

Beispiel

Betrachtet wird die periodisch gestörte Pendelgleichung , d.h. das System


in der ein kleiner Parameter und ein weiterer Parameter ist. Das ungestörte System

ist ein HAMILTON-System mit . Das ungestörte System besitzt (u.a.) ein Paar heterokliner Orbits durch und . Im zylindrischen Phasenraum sind dies homokline Orbits, gegeben durch

Die direkte Berechnung der MELNIKOV-Funktion liefert

Da bei eine einfache Nullstelle besitzt, hat die POINCARÉ-Abbildung des gestörten Systems für kleine transversale homokline Punkte.