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 V 是一度量空间,X,Y 是 V上的任意开子集,一个连续映射 f:V→V,若满足下面 3 个
条件,则称 f 在 V 上是混沌的:
(1)f 具有对初始条件的敏感依赖性。存在 δ >0,对任意的 x ∈V ,和 x 的任何邻域 N,存在 y ∈N 和自然数 n >0,有
(2)f 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 x ∈V ,∀ε >0,都存在 y ∈ 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
设是上的映射,对、,有、
故
所以具有对初始条件的敏感依赖性。
(2)拓扑传递
设是的两个开区间,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,所以是周期点当且仅当,.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。