- Oggetto:
- Oggetto:
Sistemi dinamici e teoria del caos
- Oggetto:
Dynamical System and Chaos Theory
- Oggetto:
Anno accademico 2023/2024
- Codice attività didattica
- MFN0791
- Docenti
- Guido Magnano (Titolare)
Marc Fouchard (Titolare) - Corso di studio
- 008510-102 Laurea Magistrale in Fisica ind. Astrofisica e Fisica Teorica
- Anno
- 1° anno
- Periodo
- Da definire
- Tipologia
- C=Affine o integrativo
- Crediti/Valenza
- 6 (mutuato da Matematica)
- SSD attività didattica
- MAT/07 - fisica matematica
- Erogazione
- Tradizionale
- Lingua
- Italiano
- Frequenza
- Obbligatoria
- Tipologia esame
- Orale
- Prerequisiti
-
Contenuti dei corsi obbligatori di algebra lineare, analisi, geometria e fisica matematica della Laurea Triennale.Contents of the mandatory courses of Linear Algebra, Geometry and mathematical physics during the Bachelor Degree.
- Propedeutico a
-
- Mutuato da
- Sistemi Dinamici e Teoria del Caos (MAT0220)Laurea magistrale in Matematica
- Sistemi Dinamici e Teoria del Caos (MAT0220)
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Il corso si propone di ampliare le conoscenze di base della teoria dei sistemi dinamici continui e discreti, rispetto a quanto svolto nei corsi di laurea di I livello, e di fornire un'introduzione ai sistemi caotici, con particolare attenzione ai metodi e agli strumenti matematici necessari per trattare modelli utilizzabili nelle applicazioni, ad esempio in fisica (meccanica celeste), economia, dinamica delle popolazioni.General aspects of the theory of continuous and discrete dynamical systems, expanding the topics already encountered at undergraduate level (ODE theory, Lyapunov stability theory) and introducing bifurcation theory and chaotic systems, with emphasis on general strategies for applications in physics (e.g. celestial mechanics), biology (e.g. population dynamics) and social sciences.- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Saper interpretare da un punto di vista modellistico le equazioni che definiscono un sistema dinamico (continuo o discreto). Saper analizzare qualitativamente il comportamento del sistema in dipendenza dei parametri. Paragonare il comportamento previsto dall’analisi qualitativa con i risultati numerici ottenuti al computer. Comprendere, in un certo numero di casi, quale classe di sistemi dinamici ammette un determinato comportamento. Comprendere il concetto di sistema deterministico caotico.Understanding and interpreting, from both the mathematical and the modeling viewpoint, equations and maps describing a (continuous or discrete) dynamical system. Drawing phase portraits and performing qualitative analysis of the solution behavior in dependence of initial data and system parameters. Comparing theoretical qualitative analysis with numerical simulation. Understanding universality of qualitative behavior, structural stability and bifurcation types. Understanding the notion of deterministic chaotic system and its applications.- Oggetto:
Programma
- Richiami generali sui sistemi dinamici discreti e continui, che si suppone gli studenti abbiano già incontrato nel corso della LT. Definizione di stabilità (Lyapunov) e criteri di stabilità dei punti critici.- Sistemi discreti: biforcazioni di mappe iterate. Coniugazione topologica di mappe e dinamica simbolica. Mappe caotiche. Entropia metrica e topologica di una mappa. Insiemi invarianti per mappe iterate.
- Richiami sui sistemi autonomi lineari: classificazione del comportamento attorno all'equilibrio. Analisi qualitativa di sistemi autonomi nonlineari. Varietà stabile e instabile di un punto a sella. Orbite omocline ed eterocline. Orbite periodiche e loro stabilità, mappa di Poincaré. Caso planare: teorema di Poincaré-Bendixson.
- Biforcazioni di sistemi nonlineari. Stabilità strutturale. Studio qualitativo di sistemi in più dimensioni dipendenti da parametri. Applicazioni a modelli reali.
- Sistemi Hamiltoniani integrabili e loro perturbazioni: teorema KAM e teoremi di Nekhoroshev (introduzione), regime di Chirikov.
- Analisi in frequenze per lo studio di sistemi dinamici caotici. Indicatori di Lyapunov.
- Review of elementary notions on discrete and continuous dynamical systems. Stability of critical points and Lyapunov theorems.- Bifurcations of iterated maps. Topological conjugacy of maps; Bernoulli shift and symbolic dynamics. Chaotic maps. Metric entropy and topological entropy of maps. Invariant sets of iterated maps.
- Review of planar autonomous ODEs: classification of phase portraits. Qualitative analysis of nonlinear autonomous systems. Stable and unstable manifold of a saddle point. Homoclines and eteroclines. Periodic orbits and their stability; Poincaré map. Poincaré-Bendixson theorem.
- Bifurcations of nonlinear ODEs. Structural stability. Concrete examples from physics, biology, social sciences.
- Hamiltonian integrable systems and perturbations: introduction to KAM and Nekhoroshev theorems, Chirikov regime.
- Frequency analysis for continuous chaotic systems. Lyapunov indicators.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Lezioni frontali in aula; alcune sessioni di laboratorio in aula informatizzata. La durata totale dell'insegnamento è di 48 ore, di cui 28 ore a carico del prof. Magnano e 20 a carico del prof. Fouchard.Lectures, complemented by a few tutorial sessions in the computer lab. The classes amount to 48 hours, 28 by prof. Magnano and 20 by prof. Fouchard.- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame è orale con voto in trentesimi. L'esame può essere sostenuto in italiano o in inglese.Gli studenti possono scegliere, in alternativa, di sostenere l'esame con la modalità (A), comprendente
- la discussione degli esercizi svolti con Maple, assegnati durante le lezioni, e dei programmi Fortran disponibili su moodle, valutata complessivamente fino a un massimo di 8 punti;
- due domande teoriche estratte dall'elenco che sarà pubblicato alla fine delle lezioni (prima dell'inizio delle sessioni di esami), ognuna delle quali valutata fino a un massimo di 10 punti;
oppure con la modalità (B), comprendente
- la discussione degli esercizi svolti con Maple, assegnati durante le lezioni, e dei programmi Fortran disponibili su moodle, valutata complessivamente fino a un massimo di 8 punti;
- una domanda teorica estratta dall'elenco che sarà pubblicato alla fine delle lezioni, valutata fino a un massimo di 10 punti;
- un seminario (di circa 25') su un articolo o saggio concordato con i docenti, valutato fino a un massimo di 12 punti.
Con la modalità (A) il voto d'esame potrà arrivare a un massimo di 28/30. Se il candidato ha scelto la modalità (B), per esporre il seminario dovrà aver raggiunto almeno 16 punti con la discussione degli esercizi su computer e con la risposta alla domanda teorica: in caso contrario, anziché presentare il seminario dovrà rispondere a una seconda domanda, e l'esame sarà valutato secondo la modalità (A).
The oral exam can be taken in Italian or in English (online examinations are possible in the cases considered in the current University regulations). Student can choose between two versions of the oral exam. Type (A) includes
- discussion of exercises assigned during the lectures, to be solved using Maple, and of the Fortran programmes made available on moodle, scoring up to a total maximum of 8 points;
- two questions extracted from a list that shall be released at the end of the course lectures, each answer being scored up to 10 points;
while type (B) includes
- discussion of exercises assigned during the lectures, to be solved using Maple, and of the Fortran programmes made available on moodle, scoring up to a total maximum of 8 points;
- one question extracted from a list that shall be released at the end of the course lectures, scored up to 10 points;
- a 25' seminar presenting an article or essay given by the teachers, scoring up to 12 points.
For type (A) the exam final score may reach a maximum of 28/30. If a student has chosen type (B), he/she should obtain at least 16 points for the Maple exercises and the answer to the question in order to proceed with the presentation; otherwise, he/she will be given a second question and the exam will be scored according to type (A).
- Oggetto:
Attività di supporto
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Dynamics and Bifurcations
- Anno pubblicazione:
- 1991
- Editore:
- Springer
- Autore:
- J. Hale, H. Koçak
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Differential Equations, Dynamical Systems, and an Introduction to Chaos
- Anno pubblicazione:
- 2012
- Editore:
- Academic Press
- Autore:
- M.W. Hirsch, S. Smale, R.L. Devaney
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Dynamical Systems: Differential Equations, Maps, and Chaotic Behaviour
- Anno pubblicazione:
- 2017
- Editore:
- Routledge
- Autore:
- D. K. Arrowsmith, C.M. Place
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Hamiltonian and Fourier Analysis (Advances in Astronomy & Astrophysics)
- Anno pubblicazione:
- 2003
- Editore:
- Gardners Books
- Autore:
- D. Benest
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Nonlinear Dynamics and Chaos
- Anno pubblicazione:
- 2014
- Editore:
- Westview Press
- Autore:
- S.H. Strogatz
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
Note
Nessuna propedeuticità obbligatoria. Frequenza non obbligatoria, ma fortemente consigliata.
No mandatory prerequisites needed. Attendance at the course is not mandatory, but strongly reccomended.
- Registrazione
- Aperta
- Oggetto:
