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Lexikon der Mathematik: Poincaré-Abbildung

Monodromie-Abbildung, Wiederkehr-Abbildung, Abbildung zur Untersuchung geschlossener Orbits eines Flusses.

Es sei ein Fluß (M, ℝ, Φ) mit einer MannigfaltigkeitM gegeben. Weiter sei γM ein geschlossener Orbit und x0γ (d. h., x0 ist ein periodischer Punkt). Eine Hyperfläche SM, d. h. eine Untermannigfaltigkeit der Kodimension 1, heißt Poincaré-Schnitt für x0, falls Sγ ={x0} und S nicht tangential an das vom Fluß erzeugte Vektorfeld F ist, d. h., für jedes xS gilt \begin{eqnarray}{T}_{x}M\,\text{=}\,\text{Span}(F(x))\,\oplus \,{T}_{x}S\text{.}\end{eqnarray} Für einen Poincaré-Schnitt S existiert eine Umgebung US von x0 so, daß für jedes xU ein T(x) > 0 existiert so, daß Φ(x, T(x)) ∈ U, aber Φ(x, t) ∉ U für alle t ∈ (0, T(x)). Für jedes xU heißt dieses T(x) die Wiederkehrzeit von x. Damit wird eine Abbildung P : UU definiert durch \begin{eqnarray}P(x)\,\,:\text{=}\,\Phi (x\text{,}\,T(x))\,\,(x\,\in \,U)\text{.}\end{eqnarray} Diese Abbildung P heißt Poincaré-Abbildung (des periodischen Punktes x0).

Durch Iteration der Poincaré-Abbildung lassen sich Stabilitätsuntersuchungen des dynamischen Systems vornehmen. Bei Hamiltonschen Systemen wird M durch eine Energiehyperfläche des Systems ersetzt, so daß der transversale Schnitt S zu einer symplektischen Untermannigfaltigkeit der Kodimension 2 des Phasenraums und die Poincaré-Abbildung automatisch ein lokaler Symplektomorphismus werden. Das Studium von Poincaré-Abbildungen hat allgemein die Betrachtung von Abbildungsiterationen nach sich gezogen, wie zum Beispiel beim geometrischen Satz von Poincaré.

  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

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