Динамічні системи і біоматематіка, кафедра системного аналізу ВМК мгу

Вивчаються загальні властивості автономних динамічних систем: лема про випрямленні векторного поля, теорема Ліувілля, перші інтеграли. Доводиться теорема Пуанкаре-Бендіксона, вводяться індекси Пуанкаре і функція последования.







Детально вивчається граничну поведінку динамічних систем. Класичні рівняння Ван дер Поля досліджуються за допомогою методів малих збурень консервативних систем, а також за допомогою відображень Пуанкаре.

Наводиться теорія Фоке-Ляпунова. Розглядаються нормальні форми динамічних систем в околиці особливих точок і доводиться теорема Андрєєва-Хопфа про біфуркації і народженні циклу на площині.

Вивчаються дискретні і безперервні моделі динаміки популяцій. В основі розглядів лежить біфуркаційних підхід, коли на ряду з фазовим портретом будується параметричний. У дискретному випадку вивчається біфуркація подвоєння циклу і елементарна теорія Файгенбаум. У безперервному випадку розглянуті класичні моделі Лотка-Вольтерра, а також їх різні модифікації, що призводять до появи граничних циклів. Вивчаються загальні випадки взаємодії трьох видів як приклад можливого складного поведінки.

  1. Властивості динамічних систем (види фазових траєкторій, групове властивість).
  2. Лемма про випрямленні векторного поля.
  3. Теорема Ліувілля про швидкість зміни фазового обсягу.
  4. Похідні в силу системи і її властивості. Перші інтеграли системи.
  5. Гамільтона системи. Фазові траєкторії руху частинки в потенційному полі (n = 1).
  6. Класифікація точок спокою лінійних систем на площині і в просторі.
  7. Теорема Ляпунова про стійкість за першим наближенням (лема Федорюк про обурення жорданової матриці).
  8. Граничну поведінку траєкторій. Властивості граничних множин.
  9. Умови неіснування замкнутої траєкторії Бендіксона-Дюлак. Застосування теореми Брауера для доказу існування нерухомих точок і замкнутих траєкторій.
  10. Функція последования (відображення Пуанкаре) і її властивості.
  11. Теорема Бендіксона-Пуанкаре.
  12. Теорема про монотонної функції Ляпунова.
  13. Індекси по Пуанкаре і Брауер.
  14. Малі обурення консервативних систем (по Л.С.Понтрягина). Додаток до рівняння Ван дер Поля з малим параметром.
  15. Доказ існування граничного циклу в загальному рівнянні Ван дер Поля за допомогою відображення Пуанкаре.
  16. Структурно стійкі системи. Біфуркація. Біфуркації Андронова-Хопфа і гетероклініческая біфуркація.
  17. Теорема Пуанкаре про нормальній формі в околиці особливої ​​точки системи. Випадок резонансів.
  18. Нормальна форма в разі центру (n = 2). Перша ляпуновском величина.
  19. Теорема Андронова-Хопфа (n = 2).
  20. Теорема Флоке-Ляпунова і її застосування до питання стійкості лінійних систем з періодичними коефіцієнтами.
  21. Дискретні моделі популяцій. Хаос і біфуркація в одновимірних відображеннях. Елементи теорії Файгенбаум.
  22. Класична модель Лотка-Вольтерра «хижак-жертва». Принцип Вольтера. Модель Лотка-Вольтерра з урахуванням внутрішньовидової конкуренції.
  23. Модель взаємодії двох конкуруючих видів. Неможливість існування граничних циклів в класичних моделях Лотка-Вольтерра на площині.
  24. Моделі типу лотка-Вольтерра з урахуванням різних факторів: нелінійність розмноження і насичення і т.д. Модель "хижак-жертва" гауз-Колмогорова.
  25. Моделювання ефекту Оллі. Відкриті моделі з урахуванням ефекту Оллі.
  26. Системи Лотка-Вольтерра трьох і більше популяцій. Класифікація трофічних структур. Рівняння Лотка-Вольтерра для харчового ланцюга.
  27. Циклічне змагання видів.
  28. Невироджені моделі типу лотка-Вольтерра. Точки поглинання, необхідні умови невироджені.
  29. Достатні умови невироджені.
  30. Репликаторні системи. Випадок гетероциклической реплікації.
  31. Популяційна модель з урахуванням вікових розподілів.
  32. Білокальние моделі (моделі Тьюринга). Виникнення автоколебаний в найпростіших біологічних моделях.
  33. Біологічні хвилі. Рівняння Фішера-Колмогорова. Рівняння Лотка-Вольтерра з урахуванням просторових розподілів.






  1. Арнольд В.І. Звичайні диференціальні рівняння. - Москва, Наука, 1971, 239 с.
  2. Арнольд В.І. Додаткові глави теорії звичайних диференціальних рівнянь. - Москва, Наука, 1978, 302 с.
  3. Петровський І.Г. Лекції з теорії звичайних диференціальних рівнянь. - Москва, Наука, 1964, 272 с.
  4. Ерроусміт Д. Плейс К. Звичайні диференціальні рівняння. - Москва, Мир, 1986, 243 с.
  5. Базикін А. Д. Математична біофізика взаємодії популяцій. - М. Н. 1985, 179 с.
  6. Hofbauer J. Sigmund K. The theory of Evolution and dynamical systems. - London Math. Sos. Student Texts 7, Cambridg University Press, 1988, 341 p.