La ecuación de Ince-Hill

• Autores: Joaquin Sastre Sendra
• Directores de la Tesis: José Andrés Martínez Alfaro (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2005
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Juan José Morales Ruiz (presid.) , Rafael Francisco López Machí (secret.) , Luis Marco Montoro (voc.) , Beatriz Campos Sancho (voc.) , Cristina Chiralt Monleón (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen
  • español

    La ecuación de Ince-Hill es una ecuación diferencial lineal de segundo orden con coecientes periódicos que depende de 4 parámetros a; b; c y d (1 + a cos 2x) d2y dx2 + b sen 2x dy dx + (c + d cos 2x)y = 0 (1) Uno de los motivos de interés de esta ecuación reside en aparecer en ecuaciones variacionales ligadas a problemas de Mecánica Celeste. Con frecuencia el parámetro a representa ¡e, siendo e la excentricidad.

    Precisamente, una de las motivaciones iniciales de esta tesis es el estudio de la estabilidad de la solución trivial de (1) para los numerosos problemas de mecánica a los que se aplica. Este estudio no resulta nada sencillo desde el punto de vista analítico.

    Observar que la ecuación de Ince-Hill es una ecuación diferencial lineal de segundo orden que posee singularidades regulares, también llamadas de tipo Fuchs, es por ello que la tesis está dividida endos partes.

    Una primera, más general, que comprende los 2 primeros capítulos, dedicada al estudio local de los sistemas de ecuaciones diferenciales lineales con una singularidad de Fuchs, representa un marco general para este tipo de ecuaciones.

    En esta primera parte, en el Capítulo 2, realizamos el estudio local de la foliación denida por un sistema lineal complejo en un entorno de una singularidad de Fuchs. Este estudio general representa uno de los resultados más destacados de la tesis, ya que, aunque las ecuaciones lineales con coecientes holomorfos han sido abordadas usualmente desde el punto de vista analítico, su consideración como sistema dinámico, y la introducción de métodos algebraicos ha sido más reciente. Así la foliación para sistemas lineales ha sido realizada por Camacho, C., H. Kuiper, N., Palis, J. En nuestro caso se trata del estudio de sistemas con singularidades tipo Fuchs. A diferencia de Camacho, C., H. Kuiper, N., Palis, J. en el que se realiza un estudio de la foliación realizado mediante métodos con independencia de las coordenadas, la presencia de singularidades nos obligada a basarnos en ellas. Como resultado obtenemos una caracterización de la foliación determinada por el campo vectorial.

    Continuando con la analogía entre Camacho, C., H. Kuiper, N., Palis, J. y el caso con un sistema con singularidades, en el Capítulo 3 vemos como se puede llevar el estudio realizado en el Capítulo 2 a los campos vectoriales en CPn.

    Generalizando los trabajos de Zakeri, S. obtenemos una relación entre los campos vectoriales lineales en Cn+1 y los campos vectoriales en CPn con una singularidad de Fuchs.

    La segunda parte de la tesis, que comprende el Capítulo 4, la dedicamos al estudio particular de la ecuación de Ince-Hill. Se clasica en función del tipo de singularidades que posee para los distintos valores de los parámetros, para lo cual analizamos la forma algebraica de la ecuación. Finalmente, realizamos un estudio de la misma en el caso en el que la ecuación se puede expresar como un sistema Hamiltoniano y realizamos el estudio de la estabilidad para algunos casos concretos de los parámetros, siguiendo uno de los objetivos señalados anteriormente.

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  • English

    The Ince-Hill's equation is a linear dierential equation of second degree with periodic coecients that depends on four parameters a; b; c and d (1 + a cos 2x) d2y dx2 + b sin 2x dy dx + (c + d cos 2x) y = 0 (1) The interest of (1) is that all the known cases of equations of Hill's kind with analytic coecients and solved problems of coexistence are particular cases of this equation with four parameters.

    (1) is in general no much studied, but particular cases of this equation appears on variational equations associated to problems of Celestial Mechanics.

    Frequently the parameter a denotes ¡e, where e is the eccentricity.

    Precisely, one of the initial motivations of this thesis is the study of the stability of the trivial solution of (1) for the numerous problems of mechanics that is applied. This study is not easy from the analysis viewpoint.

    Note that the Ince-Hill's equation is a linear dierential equation of second degree with regular singularities, this singularities are namely singularities of Fuchs kind. So the thesis is divided in two parts. The rst, more general, includes the two rst chapters and it is dedicated to local study of linear dierential equations systems with a singularity of Fuchs.

    In this part, in chapter 2, we make a local study of the foliation dened for a complex linear system in a neighbourhood of a singularity of Fuchs. This general study is one of the more emphasized results of the thesis is due to that although the linear equations with holomorphic coecients usually have been analyze from the analysis viewpoint, its consideration such us dynamical system and the introduction of algebraic methods is more recent. So the foliation for linear systems has been realized for Camacho, C., H. Kuiper, N., Palis, J. Our case is about the study of systems with singularities of Fuchs. In contrast to Camacho, C., H. Kuiper, N., Palis, J. which is realized an study of the foliation with methods independents of the coordinates, the existence of singularities forces to work with these. As a result we get a characterization of the foliation determined from the vectorial eld.

    Continue with the analogy between Camacho, C., H. Kuiper, N., Palis, J.

    and the case of a system with singularities, in chapter 3 we study about the generalization of the results in chapter 2 to vectorial elds in CPn. We generalize the work of Zakeri, S. and obtain a relation between the linear vectorial elds in Cn+1 and the vectorial elds in CPn with a singularity of Fuchs.

    The second part of the thesis, that includes the chapter 4 is dedicated to particular study of the Ince-Hill's equation. One of the results that we obtain is the classication of the equation in function of the kind of the singularities for the dierent values of the parameters, for this we analyze the algebraic form of the equation. Finally, we make an study of the equation in the case that the equation maybe expressed like a hamiltonian system and we study the stability for some concreted cases of the parameters.