دورات النهائية من النظام التفاضلي ثلاثي الأبعاد التربيعية عن طريق تشعب هوبف
DOI:
https://doi.org/10.21123/bsj.2024.9306الكلمات المفتاحية:
تشعب هوبف، دورات النهائية، معامل ليابونوف، متعدد الممررات لجاذبات الفوضوية، أنظمة تفاضلية تربيعية ثلاثية الأبعادالملخص
تم في هذه الدراسة النظر في النظام التفاضلي التربيعي ثلاثي الأبعاد، حيث يصبح نقطة الأصل الإحداثيات نقطة توازن هوبف. تم دراسة وجود واستقرار الدورات النهائية التي تنبثق من نقطة هوبف. يتم حساب معاملات ليبانوف المرتبطة بنقطة هوبف باستخدام طريقة الإسقاط. أولاً، تم تحديد أربع عائلات من شروط المعلمات التي من خلالها يمكن للنظام التفاضلي التربيعي ثلاثي الأبعاد أن يظهر البعد الثالث لتشعب هوبف. تم إعطاء الدليل التحليلي لكل مجموعة من الحالات المعلمية عن طريق حساب معاملات ليبانوف، تصفير لقيمة معاملات ليبانوف الأولى و الثاني و غيرالصفري لمعاملات ليبانوف الثالثة. تم تقديم الشروط الواضحة لوجودية واستقرارية ثلاث دورات النهائية ناشئة عن كل عائلة من تشعبات هوبف. يُظهر ناتج الوجود نقطة هوبف مستقرة (غير مستقرة)، مصحوبة بظهور دورتين حديتين مستقرتين (غير مستقرة) جنبًا إلى جنب مع دورة حدية واحدة غير مستقرة (مستقرة) في جوار النقطة الأصل غير المستقر (المستقر) لنظام المعادلة التربيعية ثلاثية الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام النتيجة لاستكشاف الدورات النهائية لنظام الجذب الفوضوي n-scroll، والذي له العديد من الاستخدامات العملية، بما في ذلك الاتصال الآمن، والتشفير، وتوليد الأرقام العشوائية، والروبوتات المتنقلة المستقلة. تم اشتقاق الشروط التي بموجبها تصبح نقطة الأصل لهذا النظام هي نقطة هوبف، ويمكن أن توجد ثلاث دورات نهائية حول نقطة هوبف. وأخيرًا، توضح العروض العددية أن النظام يخضع لتشعب هوبف فوق الحرج، مما يؤدي إلى دورتين حديتين مستقرتين وواحدة غير مستقرة. وعلاوة على ذلك، تم التحقق من كافة النتائج.
Received 09/09/2023
Revised 18/12/2023
Accepted 20/12/2023
Published Online First 20/02/2024
المراجع
Ilyashenko YS. Finiteness Theorems for Limit Cycles: a Digest of the Revised Proof. Izv Math. 2016 Feb 1; 80(1):50. https://doi.org/10.1070/IM8352
Gasull A, Giacomini H. Number of Limit Cycles for Planar Systems with Invariant Algebraic Curves. Qual Theory Dyn Syst. 2023; 22(2): 44. https://doi.org/10.1007/s12346-023-00746-7
Llibre J, Rodrıguez G. Configurations of Limit Cycles and Planar Polynomial Vector Fields. J Differ Equ. 2004; 198(2): 374-380. https://doi.org/10.1016/j.jde.2003.10.008
Musafirov E, Grin A, Pranevich A, Munteanu F, Şterbeţi C. 3D Quadratic ODE Systems with an Infinite Number of Limit Cycles. In International Conference on Applied Mathematics and Numerical Methods – fourth edition (ICAMNM 2022). ITM Web Conf. 2022; 49: 02006. https://doi.org/10.1051/itmconf/20224902006
Llibre J, Martínez YP, Valls C. Limit Cycles Bifurcating of Kolmogorov Systems in R2 and in R3. Commun Nonlinear Sci Numer Simul. 2020; 91: 105401. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2020.105401
Sánchez-Sánchez I, Torregrosa J. Hopf Bifurcation in 3-dimensional Polynomial Vector Fields. Commun Nonlinear Sci Numer Simul. 2022;105: 106068. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2021.106068
Shiflet AB, Shiflet GW. Introduction to Computational Science: Modeling and Simulation for the Sciences. 2nd edition. USA: Princeton University Press; 2014. 856 p. https://repository.dinus.ac.id/docs/ajar/Shiflet_(2014)_-_Introductin_to_Computational_Science,_Modeling_and_Simlation_for_Sciences_2nd_Edition.pdf.
Dias FS, Mello LF. Non-Linear Differential Systems in the 3–Space: A Note on Periodic Solutions by the Analysis of Two Examples. Math Methods Appl Sci. 2020; 43(7):4383-90. https://doi.org/10.1002/mma.6199
Wei Z, Yang Q. Anti-Control of Hopf Bifurcation in the New Chaotic System with Two Stable Node-Foci. Appl Math Comput. 2010; 217(1): 422-429. https://doi.org/10.1016/j.amc.2010.05.035
Huang W, Wang Q, Chen A. Hopf Bifurcation and the Centers on Center Manifold for a Class of Three‐Dimensional Circuit System. Math Methods Appl Sci. 2020; 43(4): 1988-2000. https://doi.org/10.1002/mma.6026
Llibre J, Zhang, X. Hopf Bifurcation in Higher Dimensional Differential Systems via the Averaging Method. Pac J Math. 2009; 240(2): 321-341. https://doi.org/10.2140/pjm.2009.240.321
Yu P, Han M. Ten Limit Cycles Around a Center-Type Singular Point in a 3-D Quadratic System with Quadratic Perturbation. Appl Math Lett. 2015; 44: 17-20. http://dx.doi.org/10.1016/j.aml.2014.12.010
Yuri A. Kuznetsov. Elements of Applied Bifurcation Theory. 4th edition. Applied Mathematical Sciences (AMS, volume 112). Springer Cham. 19 April 2023; XXVI: 703p. https://doi.org/10.1007/978-3-031-22007-4.
Sotomayor J, Mello LF, Braga DD. Bifurcation Analysis of the Watt Governor System. Comput Appl Math. 2007; 26(1): 19-44.
Takens F. Unfoldings of Certain Singularities of Vectorfields: Generalized Hopf Bifurcations. J Differ Equ. 1973 Nov 1; 14(3): 476-93. https://doi.org/10.1016/0022-0396(73)90062-4
Atiya AN, Hassan HES, Ibrahim KE, ElGhandour OM, Tolba MF. Generalized Formula for Generating N-Scroll Chaotic Attractors. In 2020 2nd Novel Intelligent and Leading Emerging Sciences Conference (NILES), Giza, Egypt. IEEE. 2020 Oct 24; 492-496. https://doi.org/10.1109/NILES50944.2020.9257932
Zhang X, Li C. A Novel Type of Chaotic Attractor with a Multiunit Structure: From Multiscroll Attractors to Multi-bond Orbital Attractors. Eur Phys J Plus. 2022 Sep 15; 137(9): 1048. https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-022-03268-4
Altun K. Multi-Scroll Attractors with Hyperchaotic Behavior Using Fractional-Order Systems. J Circuits Syst Comput. 2022 Mar 30; 31(05): 2250085. https://doi.org/10.1142/S0218126622500852
Sugandha K, Singh PP. Generation of a Multi-Scroll Chaotic System via Smooth State Transformation. J Comput Electron. 2022 Aug; 21(4): 781-91. https://doi.org/10.1007/s10825-022-01892-y
Tlelo-Cuautle E, Guillén-Fernández O, de Jesus Rangel-Magdaleno J, Melendez-Cano A, Nuñez-Perez JC, de la Fraga LG. Recent Advances in Chaotic Systems and Synchronization: From Theory to Real World Applications. Academic Press; 2019 Jan 1. Chap 15, FPGA implementation of chaotic oscillators, their synchronization, and application to secure communications:301-328. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815838-8.00015-7
Al-Bahrani EA, Kadhum RN. A New Cipher Based on Feistel Structure and Chaotic Maps. Baghdad Sci J. 2019 Jan 2; 16(1(Suppl.)): 270-80. https://doi.org/10.21123/bsj.2019.16.1(Suppl.).0270
Mazher AN, Waleed J. Retina Based Glowworm Swarm Optimization for Random Cryptographic Key Generation. Baghdad Sci J. 2022 Feb 1; 19(1): 0179. https://doi.org/10.21123/bsj.2022.19.1.0179
Çiçek S. The Effect of Using Multi-Scroll Chaotic Systems on Chaos-Based Random Number Generators’ Performance. J Circuits Syst Comput. 2022 Oct 16; 31(15): 2250259. https://doi.org/10.1142/S0218126622502590
Nasr S, Mekki H, Bouallegue K. A Multi-Scroll Chaotic System for a Higher Coverage Path Planning of a Mobile Robot Using Flatness Controller. Chaos, Solitons & Fractals. 2019; 118: 366-75. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2018.12.002
Elhadj Z, Sprott JC. Simplest 3D Continuous-Time Quadratic Systems as Candidates for Generating Multiscroll Chaotic Attractors. Int J Bifurc Chaos Appl. 2013 Jul; 23(07): 1-6. https://doi.org/10.1142/S0218127413501204
Govaerts W, Kuznetsov YA, Meijer HG, Al-Hdaibat B, De Witte V, Dhooge A, et al. Matcount: Continuation Toolbox for ODEs in Matlab. Retrieved December. University of Twente. Netherlands. 2019 Aug; 4: 2020.
التنزيلات
منشور
إصدار
القسم
الرخصة
الحقوق الفكرية (c) 2024 مجلة بغداد للعلوم
هذا العمل مرخص بموجب Creative Commons Attribution 4.0 International License.