Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settings

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cunha, Arthur Cavalcante
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55135/tde-26032021-135356/
Resumo: In this work we obtain estimates on the fractal dimension of attractors in three different settings: global attractors associated to autonomous dynamical systems, uniform attractors associated to non-autonomous dynamical systems and random uniform attractors associated to non-autonomous random dynamical systems. Firstly we give a simple proof of a result due to Mañé (Springer LNM 898, 230242, 1981) that the global attractor A (as a subset of a Banach space) for a map S is finite-dimensional if DS(x) =C(x)+L(x), where C is compact and L is a contraction (and both are linear). In particular, we show that if S is compact and differentiable then A is finite-dimensional. Using a smoothing property for the differential DS we also prove that A has finite fractal dimension and we make a comparison of this method with Mañés approach. We give applications to an abstract semilinear parabolic equation and to 2D Navier-Stokes equations. Secondly we prove using a smoothing method that uniform attractors have finite fractal dimension on Banach spaces, with bounds in terms of the dimension of the symbol space and a Kolmogorov entropy number. We also show that the smoothing property is useful to prove the finite-dimensionality of uniform attractors in more regular Banach spaces. In addition, we prove that the finite-dimensionality of the hull of a time-dependent function is fully determined by the tails of the function. We give applications to non-autonomous 2D Navier- Stokes and reaction-diffusion equations. Thirdly we prove using a smoothing and a squeezing method that random uniform attractors have finite fractal dimension. Neither of the two methods implies the other. Estimates on the dimension are given in terms of the dimension of the symbol space plus a term arising from the smoothing/squeezing property; the smoothing is applied also to more regular spaces. In this setting we give applications to a stochastic reaction-diffusion equation with scalar additive noise. In addition, a random absorbing set which absorbs itself after a deterministic period of time is constructed.
id USP_5ad8eb1c0aea60f1dab18a20f4036bb4
oai_identifier_str oai:teses.usp.br:tde-26032021-135356
network_acronym_str USP
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository_id_str 2721
spelling Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settingsDimensão fractal de atratores para sistemas dinâmicos com aplicações: problemas determinísticos e aleatóriosAtrator globalAtrator uniformeAtrator uniforme aleatórioDimensão fractalDynamical systemsFractal dimensionGlobal attractorRandom uniform attractorSistemas dinâmicosUniform attractorIn this work we obtain estimates on the fractal dimension of attractors in three different settings: global attractors associated to autonomous dynamical systems, uniform attractors associated to non-autonomous dynamical systems and random uniform attractors associated to non-autonomous random dynamical systems. Firstly we give a simple proof of a result due to Mañé (Springer LNM 898, 230242, 1981) that the global attractor A (as a subset of a Banach space) for a map S is finite-dimensional if DS(x) =C(x)+L(x), where C is compact and L is a contraction (and both are linear). In particular, we show that if S is compact and differentiable then A is finite-dimensional. Using a smoothing property for the differential DS we also prove that A has finite fractal dimension and we make a comparison of this method with Mañés approach. We give applications to an abstract semilinear parabolic equation and to 2D Navier-Stokes equations. Secondly we prove using a smoothing method that uniform attractors have finite fractal dimension on Banach spaces, with bounds in terms of the dimension of the symbol space and a Kolmogorov entropy number. We also show that the smoothing property is useful to prove the finite-dimensionality of uniform attractors in more regular Banach spaces. In addition, we prove that the finite-dimensionality of the hull of a time-dependent function is fully determined by the tails of the function. We give applications to non-autonomous 2D Navier- Stokes and reaction-diffusion equations. Thirdly we prove using a smoothing and a squeezing method that random uniform attractors have finite fractal dimension. Neither of the two methods implies the other. Estimates on the dimension are given in terms of the dimension of the symbol space plus a term arising from the smoothing/squeezing property; the smoothing is applied also to more regular spaces. In this setting we give applications to a stochastic reaction-diffusion equation with scalar additive noise. In addition, a random absorbing set which absorbs itself after a deterministic period of time is constructed.Neste trabalho obtemos estimativas para a dimensão fractal de atratores em três contextos: atratores globais associados a sistemas dinâmicos autônomos, atratores uniformes associados a sistemas dinâmicos não-autônomos e atratores uniformes aleatórios associados a sistemas dinâmicos aleatórios não-autônomos. Primeiro, apresentamos uma simples prova de um resultado de Mañé (Springer LNM 898, 230242, 1981) no qual o atrator global A (como um subconjunto de um espaço de Banach) para uma função S tem dimensão fractal finita se DS(x) =C(x)+L(x), onde C é compacto e L é uma contração (e ambos são operadores lineares). Em particular, provamos que se S é compacto e diferenciável então A tem dimensão fractal finita. Supondo uma propriedade de regularização (conhecida como smoothing) para a diferencial DS provamos também que A tem dimensão finita e com isso fazemos uma comparação deste método com o já conhecido método de Mañé. Aplicamos nossos resultados teóricos em um problema parabólico semilinear abstrato e em equações de Navier-Stokes em 2D. Segundo, provamos usando também uma propriedade smoothing que atratores uniformes têm dimensão fractal finita em espaços de Banach, com estimativas dadas em termos da dimensão fractal do espaço símbolo mais um número de entropia de Kolmogorov. A propriedade smoothing é ainda utilizada para obtermos estimativas na dimensão fractal de atratores uniformes em espaços com maior regularização. Além disso, provamos que a dimensão fractal da envoltória (hull) de uma função dependente do tempo é completamente determinada pelo seu comportamento para tempos grandes (positivos e negativos). Aplicações são dadas em equações não-autônomas de reação-difusão e Navier-Stokes em 2D. Terceiro, utilizamos métodos smoothing e squeezing (\"compressão\") para obtermos estimativas na dimensão fractal de atratores uniformes aleatórios. Em geral a propriedade squeezing pode ser vista como um caso particular da smoothing, mas neste caso dos sistemas dinâmicos aleatórios não-autônomos isso não ocorre, e nenhum dos métodos implica no outro. Mais uma vez as estimativas na dimensão fractal são dadas em termos da dimensão do espaço símbolo e dos parâmetros aleatórios da propriedade smoothing/squeezing; a propriedade smoothing é utilizada ainda para obtermos estimativas na dimensão fractal em espaços mais regulares. Finalmente, consideramos uma perturbação aleatória (a exemplo de um ruído escalar aditivo) da equação de reação-difusão não-autônoma tratada anteriormente. Neste ponto é importante a construção de conjuntos aleatórios que absorvem a si próprios a partir de um período determinístico de tempo, situação a princípio não esperada.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPCarvalho, Alexandre Nolasco deCunha, Arthur Cavalcante2021-01-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55135/tde-26032021-135356/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2021-03-26T20:03:02Zoai:teses.usp.br:tde-26032021-135356Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212021-03-26T20:03:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
dc.title.none.fl_str_mv Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settings
Dimensão fractal de atratores para sistemas dinâmicos com aplicações: problemas determinísticos e aleatórios
title Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settings
spellingShingle Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settings
Cunha, Arthur Cavalcante
Atrator global
Atrator uniforme
Atrator uniforme aleatório
Dimensão fractal
Dynamical systems
Fractal dimension
Global attractor
Random uniform attractor
Sistemas dinâmicos
Uniform attractor
title_short Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settings
title_full Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settings
title_fullStr Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settings
title_full_unstemmed Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settings
title_sort Finite-dimensionality of attractors for dynamical systems with applications: deterministic and random settings
author Cunha, Arthur Cavalcante
author_facet Cunha, Arthur Cavalcante
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Carvalho, Alexandre Nolasco de
dc.contributor.author.fl_str_mv Cunha, Arthur Cavalcante
dc.subject.por.fl_str_mv Atrator global
Atrator uniforme
Atrator uniforme aleatório
Dimensão fractal
Dynamical systems
Fractal dimension
Global attractor
Random uniform attractor
Sistemas dinâmicos
Uniform attractor
topic Atrator global
Atrator uniforme
Atrator uniforme aleatório
Dimensão fractal
Dynamical systems
Fractal dimension
Global attractor
Random uniform attractor
Sistemas dinâmicos
Uniform attractor
description In this work we obtain estimates on the fractal dimension of attractors in three different settings: global attractors associated to autonomous dynamical systems, uniform attractors associated to non-autonomous dynamical systems and random uniform attractors associated to non-autonomous random dynamical systems. Firstly we give a simple proof of a result due to Mañé (Springer LNM 898, 230242, 1981) that the global attractor A (as a subset of a Banach space) for a map S is finite-dimensional if DS(x) =C(x)+L(x), where C is compact and L is a contraction (and both are linear). In particular, we show that if S is compact and differentiable then A is finite-dimensional. Using a smoothing property for the differential DS we also prove that A has finite fractal dimension and we make a comparison of this method with Mañés approach. We give applications to an abstract semilinear parabolic equation and to 2D Navier-Stokes equations. Secondly we prove using a smoothing method that uniform attractors have finite fractal dimension on Banach spaces, with bounds in terms of the dimension of the symbol space and a Kolmogorov entropy number. We also show that the smoothing property is useful to prove the finite-dimensionality of uniform attractors in more regular Banach spaces. In addition, we prove that the finite-dimensionality of the hull of a time-dependent function is fully determined by the tails of the function. We give applications to non-autonomous 2D Navier- Stokes and reaction-diffusion equations. Thirdly we prove using a smoothing and a squeezing method that random uniform attractors have finite fractal dimension. Neither of the two methods implies the other. Estimates on the dimension are given in terms of the dimension of the symbol space plus a term arising from the smoothing/squeezing property; the smoothing is applied also to more regular spaces. In this setting we give applications to a stochastic reaction-diffusion equation with scalar additive noise. In addition, a random absorbing set which absorbs itself after a deterministic period of time is constructed.
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021-01-27
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55135/tde-26032021-135356/
url https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55135/tde-26032021-135356/
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv
dc.rights.driver.fl_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.coverage.none.fl_str_mv
dc.publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
dc.source.none.fl_str_mv
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
instname:Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
instname_str Universidade de São Paulo (USP)
instacron_str USP
institution USP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)
repository.mail.fl_str_mv virginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.br
_version_ 1809091089391419392