Resumen de Generalizaciones de la teoría de integrabilidad de Darboux para campos de vectores polinomiales
Yudy Marcela Bolaños Rivera
En matemáticas, la integrabilidad de los campos de vectores polinomiales ha sido objeto de estudio desde hace más de cien años. En 1878, Darboux dio unas condiciones que permiten establecer la existencia de una integral prime- ra para estos campos. La existencia de integrales primeras simplifica mucho el estudio de la dinámica de un sistema diferencial, pero dado un sistema diferencial no es fácil, en general, saber si posee o no integrales primeras. A pesar de los notables progresos que en los últimos años se han obtenido sobre este tema dentro de la teoría de integrabilidad de Darboux, todavía no se ha encontrado una respuesta plenamente satisfactoria. En esta memoria estudiamos aspectos relacionados con la teoría de integrabilidad de Darboux y generalizamos algunos resultados. En particular nos interesan los campos de vectores polinomiales en Rn+1 definidos sobre hipersuperficies regulares algebraicas. En 1979 Jouanolou mostró que si el número de hipersuperficies algebraicas invariantes de un campo vectorial en Rn+1 de grado m es por lo menos (n+m n+1 ) +n+1, entonces el campo vectorial tiene una integral primera racional que se puede calcular utilizando hipersuperficies algebraicas inva- riantes. En el capítulo 2 extendemos este resultado mostrando que el número de hipersuperficies algebraicas invariantes necesarias para garantizar la exis- tencia de una integral primera racional de un campo de vectorial polinomial definido sobre una hipersuperficie de grado d es (n+m n+1 ) ??? (n+m ???d n+1 ) + n. Otro aspecto relacionado con la teoría de integrabilidad de Darboux es el estudio del número máximo de clases de hipersuperficies invariantes que un campo vectorial polinomial puede tener. Para encontrar hipersuperficies algebraicas invariantes utilizamos el concepto de hipersuperficie algebraica extáctica. En el capítulo 3 obtenemos cotas superiores para el número máxi- mo de esferas n-dimensionales invariantes de campos vectoriales polinomiales de Rn+1 en función del grado del campo y teniendo en cuenta la multiplicidad de las esferas invariantes. En el capítulo 4 estudiamos los campos vectoriales polinomiales de R3 definidos sobre una cuádrica y obtenemos las cotas supe- riores para el número máximo de cónicas invariantes que uno de estos campos puede tener en función de su grado y que vivan sobre planos invariantes. Pa- ra esto extendemos la noción de multiplicidad de una superficie algebraica invariante. Además, probamos si estas cotas pueden ser alcanzadas o no. En los capítulos 5 y 6 estudiamos sistemas cuadráticos. El estudio de esta clase de sistemas diferenciales no es trivial y se han publicado más de mil artículos sobre ellos. En el capítulo 5 estudiamos sistemas cuadráticos con una silla integrable. Recientemente este tipo de sillas han sido estudiadas por varios autores. Artés, Llibre y Vulpe caracterizaron los retratos de fase de todos los sistemas cuadráticos con una silla integrable pero no encontra- ron sus integrales primeras. Nosotros obtenemos las expresiones explícitas para las integrales primeras Liouvillianas de estos sistemas cuadráticos. En el capítulo 6 estudiamos los sistemas cuadráticos Lotka-Volterra que poseen un invariante Darboux. Cuando no podemos calcular una integral primera de un sistema diferencial es útil determinar si el sistema tiene un invariante Darboux. Nosotros caracterizamos los retratos de fase globales en el disco de Poincaré de todos los sistemas cuadráticos Lotka-Volterra que poseen un invariante Darboux.
