Теория катастроф - [34]

К разделу 4

21. Рассмотрим параболический цилиндр, опирающийся образующей прямой на горизонтальную плоскость. При каких положениях центра тяжести цилиндра над точкой касания положение равновесия устойчиво, а при каких — нет? Исследуйте особенности границы области устойчивости.

22. Нарисуйте график функции

f (u, υ) = min (x⁴ + uх² + υx).

К разделу 5

23. При каких значениях параметров теряет устойчивость положение равновесия системы х — х (а + bх + cy), y = y(d + ex fy), для которого ху ≠ 0? Как выглядят фазовые кривые при этих значениях параметров?

24. Рассмотрим гладко зависящее от одного параметра векторное поле на прямой. Докажите, что гладкой заменой параметра и гладкой заменой координаты на прямой, гладко зависящей от параметра, такое поле общего положения приводится (в окрестности бифурцирующей особой точки) к полю, определяющему эволюционную систему х = х² + а + f (а) х³, где f — гладкая функция, а — параметр (в аналитическом случае все замены можно сделать аналитическими).

25. Исследуйте поверхность равновесий зависящего от двух параметров семейства уравнений х = -х³ + ах + b и особенности ее проектирования на плоскость параметров. Какая часть поверхности равновесий соответствует устойчивым положениям равновесия? Исследуйте поведение фазовой точки при медленном изменении параметров а (t), b (t).

26. Составьте однопараметрическое семейство векторных полей на прямой, соответствующее бифуркациям рис. 13.

К разделу 6

27. Мягко или жестко теряет устойчивость положение равновесия системы z = (iω + a) z + Cz | z |² при прохождении вещественного параметра а через нуль? Сравните результат с рис. 16.

28. Задайте формулами бифуркацию рис. 21 (компоненты поля — многочлены степени 5).

29. Исследуйте потерю устойчивости цикла z = 0, | ω | = 1 системы

z = (а — 1 + i/2) z + (а + 1)zω ± ω (z + zω)³,

w = iω + ω( 1 — | ω |²)

при прохождении параметра а через нуль. Найдите приближенно ответвляющийся двукратный цикл и исследуйте его устойчивость. Сравните результаты с рис. 22.

30. Исследуйте бифуркации фазового портрета системы, описывающей резонанс p/q, q ≥ 5, z = εz + z | z |² A (| z |²) + z^q-1 при обходе малого комплексного числа ε вокруг нуля (А — комплексная функция общего положения). Сравните результаты с рис. 23,

31. Исследуйте бифуркации фазового портрета системы, описывающей резонанс 1:3, z = εz + Az | z |² + z² при обходе комплексного параметра ε вокруг нуля (А — комплексное число общего положения).

32. Исследуйте бифуркации фазового портрета системы, описывающей резонанс 1:4, z = εz + Az | z |² + z³, при обходе комплексного параметра ε вокруг нуля (на плоскости комплексного переменного А известно 48 областей, различающихся цепочками бифуркаций но не доказано даже, что число разных устойчивых цепочек конечно).

33. Исследовать затягивание потери устойчивости в системе z = (i + a) z — z | z |² + b при медленном изменении параметров а = εt, b =cεt.

К разделу 7

34. Найти границу устойчивости семейства уравнений х + ах + bх = 0 на плоскости вещественных параметров (а, b).

35. Доказать, что граница устойчивости семейства уравнений х + ах + bх + сх = 0 диффеоморфна поверхности ω² = u²υ², u ≥ 0, υ ≥ 0.

36. Доказать, что граница устойчивости семейства уравнений z + Az + Bz = 0 в трехмерном пространстве Im А =2 диффеоморфна поверхности ω² = uυ², u ≥ 0, υ ≥ 0.

37. Найти число типов особенностей границы устойчивости семейства общего положения линейных многомерных систем, зависящих от четырех параметров,

К разделу 8

38. Исследовать особенности каустики (огибающей семейства нормалей) трехосного эллипсоида.

39. Исследовать особенности каустики — огибающей семейства геодезических на эллипсоиде, выходящих из одной точки.

40. Доказать, что каустика — огибающая семейства геодезических любой римановой метрики общего положения на сфере, выходящих из одной точки, имеет не менее четырех точек возврата.

41. Доказать, что объединение касательных прямых к кривой {(t², t³, t⁴)} диффеоморфно множеству многочленов х⁴ + ах² + bх + с, имеющих кратные вещественные корни.

42. Доказать, что гладкая функция f (а, b, с), производная которой по а в начале координат отлична от нуля, приводится в окрестности начала координат к виду ± а + const гладкой заменой координат, сохраняющей ласточкин хвост предыдущей задачи.

43. Доказать, что гладкое векторное поле, вектор которого в начале координат имеет ненулевую с-компоненту, приводится в окрестности начала координат к полю ± ∂/∂с (задающему систему а = 0, b = 0, с = ±1) гладкой заменой координат, сохраняющей ласточкин хвост двух предыдущих задач.

44. Пусть большая каустика в трехмерном пространстве-времени образована теми значениями параметра q = (q₁, q₂, q₃), при которых функция х⁴ + q₁х² + сх имеет вырожденные критические точки. Нарисовать перестройки мгновенных каустик, получающихся при пересечении большой каустики изохронами, для функции времени t = q₁ ± q²₃.

45. Доказать, что функция времени общего положения приводится в окрестности каждой точки большой каустики предыдущей задачи, либо к виду t = q₃ + const, либо к виду t = ± q₁ ± q