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  • 如何证明一个映射是混沌的。

     首先我们介绍三个概念:同胚、拓扑共轭和混沌。

    1、同胚

    如果一个映射是一对一的映射、又是满映射,并且是连续的,我们称这个映射为同胚。

    2、拓扑共轭

    设f:A->A及g:B->B为两个映射,如果存在一同胚h:A->B ,使得h°f=g°h,则称f和g是拓扑共轭的。

    3、混沌的概念

    设 是一度量空间,X,是 V上的任意开子集,一个连续映射 fVV,若满足下面 3 个 

    条件,则称 在 上是混沌的:

    (1)具有对初始条件的敏感依赖性。存在 δ >0,对任意的 ,和 的任何邻域 N,存在 和自然数 >0,有

    (2)具有拓扑传递性。即对任何一个开集X、Y⊂U,存在k>0,使得

    (3)f的周期点集 T在 V中是稠密的。即存在 ,∀ε >0,都存在 ∈ T使得不等式 成立。

     好了,弄清楚概念,我们开始证明了。


     

     证明:在[-1,1]是混沌的。

    Step1:先证明是混沌的。

      设表示平面上单位圆。我们用角表示上的点,其用标准的方法并以弧度为单位进行测量。

    (1)敏感依赖性

     设上的映射,对,有

     故

     所以具有对初始条件的敏感依赖性。

    (2)拓扑传递

     设的两个开区间,是对应在上面的开弧。因为上面的任何小弧都可由某一(n是正整数)最终扩展以覆盖上面任何弧。所以有,据此推出

     所以是拓扑传递的。

    (3)周期点在V中稠密,V是一个度量空间。

     因为,所以周期点当且仅当.即当且仅当,且 

     所以,证明其周期点是有极限的。

     所以对,必然,使得,所以是周期点。

     故在V中是稠密的。

     所以我们得到是混沌的。

     Step2:证明F与g是拓扑共轭的。

     我们设,h:[0,2π]--->[-1,1]是一对一满射的,并且在[0,2π]是连续的,故h是一个同胚映射。

     

    所以

    故f、g是拓扑共轭的,他们的动力性态完全等价。

    所以是混沌的。

     

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