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Lexikon der Mathematik: stabile Mannigfaltigkeit eines Fixpunktes

Teilmenge \begin{eqnarray}{W}^{s}({x}_{0}):=\{x|x\in M,\mathop{\mathrm{lim}}\limits_{n\to \infty}{f}^{n}(x)={x}_{0}\}\subset M\end{eqnarray} für eine differenzierbare Mannigfaltigkeit M, einen Ck-Diffeomorphismus f : MM und einen hyperbolischen Fixpunkt x0M von f.

\({W}^{u}({x}_{0}):=\{x|x\in M,{\mathrm{lim}}_{n\to \infty}{f}^{-n}(x)={x}_{0}\}\) heißt instabile Mannigfaltigkeit von f bei x0. Diese Begriffsbildung dient zur Untersuchung des durch die iterierten Abbildungen von f gegeben diskreten dynamischen Systems. Ist F ∈ 𝒱k(M) ein Ck-Vektorfeld auf M, so erzeugt es o.B.d.A. einen Ck Fluß \((M,{\mathbb{R}},\Phi).\). Für einen hyperbolischen Fixpunkt \({x}_{0}\in M\) des Vektorfeldes F heißen \begin{eqnarray}{W}^{s}({x}_{0}):=\{x\,|\,x\in M,\mathop{\mathrm{lim}}\limits_{t\to \infty}\Phi (x,t)(x)={x}_{0}\}\end{eqnarray} bzw. \begin{eqnarray}{W}^{u}({x}_{0}):=\{x\,|\,x\in M,\mathop{\mathrm{lim}}\limits_{t\to -\infty}\Phi (x,t)(x)={x}_{0}\}\end{eqnarray} die stabile bzw. instabile Mannigfaltigkeit von F bei x0.

Für einen hyperbolischen Fixpunkt \({x}_{0}\in M\) eines Vektorfeldes F stimmen die stabile bzw. instabile Mannigfaltigkeit überein mit der stabilen bzw. instabilen Mannigfaltigkeit des Zeit-1-Diffeomorphismus \(\Phi (\cdot, 1):M\to M.\) Daher kann man o.B.d.A. die (in)stabile Mannigfaltigkeit für einen Ck-Diffeomorphismus betrachten. Ist der Fixpunkt x0 eines Ck-Diffeomorphismus f : MM hyperbolisch, so existiert für das Differential \({d}_{x_0}f:{T}_{x_0}M\to {T}_{x_0}M\) eine eindeutige Zerlegung \({T}_{x_0}M={E}^{-}\oplus {E}^{+}\) mit den stabilen bzw. instabilen Teilräumen E- und E+ (hyperbolische lineare Abbildung). Die stabile bzw. instabile Mannigfaltigkeit \({W}^{-}({x}_{0})\) bzw. \({W}^{+}({x}_{0})\) sind invariante Mengen, welche injektive Ck-Immersionen von E bzw. E+ sind. Je nach der Dimension der Mannigfaltigkeiten W(x0)und W+(x0) heißt ein hyperbolischer Fixpunkt Quelle, Senke, oder Sattelpunkt (Sattelpunkt eines Vektorfelds).

[1] Guckenheimer, J.; Holmes, Ph.: Nonlinear Oscillations, Dynamical Systems, and Bifurcations of Vector Fields. Springer-Verlag New York, 1983.

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  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

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