
AM430 - Equazioni differenziali ordinarie (6 cfu)
AA 2019-2020 - I Semestre
AVVISI
- [4/6/2020] Modalità di esame per l'appello del 24/6/2020:
1) tutti gli studenti di laurea e
laurea magistrale devono prenotarsi per l'esame su GOMP.
2) i candidati dovranno comunicarmi tramite
mail
(usare preferibilmente la mail ufficiale user@stud.uniroma3.it)
l'intenzione di sostenere l'esame entro l'11/6/20.
3) il 14/6/20 comunicherò ad ogni candidato (in reply al messaggio che avrò ricevuto)
tre esercizi assegnati durante le lezioni
( lista esercizi
assegnati ).
4) Il candidato mi invierà (sempre per mail) il pdf delle soluzioni a tali esercizi entro le 24
del 21/6/20.
5) Il 24/6/20 alle ore 15:30 i candidati verranno convocati tramite Teams per una discussione orale
basata sugli esercizi assegnati.
6) L'esito dell'orale verrà - in ogni caso - registrato su GOMP.
- [31/1/20] Lista esercizi assegnati
- [26/11/19] Ho corretto il testo degli esercizi della lezione del 25/11: nuovo file
.
- Scaricare la nuova versione del file Riassunto sulla forma canonica di
Jordan ed esercizi e risolvere l'Es 1 seguendo
la nuova traccia.
- [23/10/19] Ho corretto un errore di stampa e aggiunto un esercizio al file degli ultimi esercizi (scaricare
nuovo file )
- [15/10/19] Attenzione: nel testo dell'Esercizio assegnato il 10/10/19 mancava un'ipotesi (ossia f e g vanno assunte localmente
lipschitziane nella prima variabile); ho messo in rete il testo corretto
da riscaricare.
- [11/10/19] Le prossime esercitazioni si svolgeranno in aula M1 anziché M4.
- [22/9/19] Le esercitazioni si terranno a settimane alterne il venerdì (9-11, Aula M4) a partire da
venerdì 27/9/19.
- [3/9/19] Le modalità d'esame cosisteranno in un seminario su un argomento deciso assieme
e sulla valutazione di esercizi svolti a casa.
Programma di massima del corso
Il problema di Cauchy: teoremi di esistenza, unicità? (locali e globali).
Sistemi ed equazioni di ordine superiore: sistemi lineari; equazioni e sistemi a coefficienti costanti.
Analisi qualitativa per equazioni autonome del secondo ordine:
piano delle fasi; oscillatori armonici; onde
solitarie; perturbazioni (cenni).
Problemi al contorno per equazioni del secondo ordine: autovalori, autofunzioni; funzione di Green; problemi
al contorno non lineari (cenni).
Stabilità: sistemi conservativi; funzioni di Lyapunov; linearizzazione.
Possibili complementi:
(a) Introduzione alle equazioni di Eulero-Lagrange e calcolo delle variazioni.
(b) Serie e trasformate di Fourier.
(c) Introduzioni ai sistemi Hamiltoniani.
Diario delle lezioni
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Lezioni 1 e 2 [23/9/19]
Lemma delle contrazioni di Banach-Caccioppoli. Teorema di esistenza e unicità locale del problema di Cauchy (come corollario del Lemma
delle contrazioni).
Esercizi:
da [T]: Problemi 1.9, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.16, 1.18, 1.19, 1.21, 1.22, 1.23, 1.25.
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Lezioni 3 e 4 [26/9/19]
Teorema di Picard di esistenza e unicità locale del problema di Cauchy (con stima del tempo di esistenza
indipendente dalla constante di Lipschitz).
Non unicità e teorema di Peano.
Esercizi:
Es Sia Φ l'operatore di Picard. Trovare cn > 0 tale che ∥Φn(u)-Φn(v)∥
≤ cn
∥u-v∥ con {cn} sommabile.
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Lezioni 5 e 6 [30/9/19]
Svolgimento dettagliato del Problema 1.9 (soluzione esplicite nei vari casi al variare del dato iniziale e del parametro c e
discusasione qualitativa).
Esercizio: fare l'analisi qualitativa (ossia dedurre le proprietà della soluzione, senza calcolarla esplicitamente,
dall'equazione differenziale e dal teorema di esistenza e unicità) nel caso c > 1/4 e x0 > 1/2
(nella notazione usata in classe a > 0 e y0 > 0).
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Lezioni 7 e 8 [3/10/19]
Lemma di Gronwall (varie formulazioni). Alcune conseguenze immediate: unicità; dipendenza
Lipschitziana dai dati iniziali con costante di Lipschitz exp(L |t -t0|); "buona posizione" del
problema di Cauchy.
Esercizio
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Lezioni 9 e 10 [7/10/19]
Dipendenza Ck dai dati iniziali e da parametri delle soluzioni del problema di Cauchy.
Soluzioni locali e soluzioni massimali; soluzioni globali.
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Lezioni 11 e 12 [10/10/19]
Soluzioni massimali del problema di Cacuhy con equazione u'=u2 (al variale dei dati iniziali).
Caratterizzazione dell'estensibiltà di soluzioni locali in termini di successioni. Comportamento di
soluzioni massimali agli estremi dell'intervallo di esistenza.
Esercizi Discutere l'unicità e le soluzioni massimali dell'equazione u'=|u|a con
a > 1.
Esercizi da [T]: 2.18, 2.19, 2.20.
Esercizio
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Lezioni 13 e 14 [14/10/19]
Spazi di matrici (come spazi e algebre di Banach). Funzioni di matrici: serie geometrica, esponenziale. Commutatore di matrici e
proprietà dell'esponenziale [incluso derivata di exp(A t)].
Sistemi di equazioni lineari. Esistenza e unicità globale. Picard e la soluzione esponenziale.
Esercizi
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Lezioni 15 e 16 [17/10/19]
Calcolo esplicito dell'esponenziale di matrici 2 x 2. Formula di Liouville (relazione tra traccia e determinante). Ritratto di fase di sistemi due per due.
Esercizio
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Lezioni 17 e 18 [21/10/19]
Forma canonica di Jordan (1).
Definizioni ed esercizi (versione corretta del 23/10/19)
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Lezioni 19 e 20 [24/10/19]
Forma canonica di Jordan (2).
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Lezioni 21 e 22 [28/10/19]
Stabilità di sistemi lineari a coeefficienti costanti. Forma canonica di Jordan reale.
Riassunto sulla forma canonica di Jordan ed esercizi
(versione del 2/11/19 con traccia per la soluzione dell'Es 1)
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Lezioni 23 e 24 [31/10/19]
Varieta stabile, instabile e centrale di sistemi lineari; il caso 2 x 2.
Esercizi
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Lezioni 25 e 26 [4/11/19]
Sistemi lineari a coefficienti non costanti.
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Lezioni 27 e 28 [7/11/19]
Metodo di riduzione di D'Alembert.
Soluzione generale di equazione scalari di ordine a coefficienti non costanti non autonome.
Esercizi
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Lezioni 29 e 30 [14/11/19]
Sistemi dinamici: flussi e mappe. Un esempio di sistema dinamico discreto: le rotazioni rigide del cerchio;
caratterizzazione delle orbite.
Esercizi da [T]: 6.3, 6.6.
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Lezioni 31 e 32 [15/11/19]
Teoria di Floquet (seminario studenti).
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Lezioni 33 e 34 [18/11/19]
Punti fissi, orbite chiuse e non chiuse. Flussi lineari su T2.
Raddrizzamento di flussi.
Flussi completi e omega-limit sets: proprietà generali. Stabilità e stabilità asintotica. Esempio di punto fisso instabile ma che attrae nel
futuro un suo intorno. Paradigmi di biforcazione.
Esercizi
Esercizi da [T]: 6.8, 6.9, 6.10, 6.14, 6.16.
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Lezioni 35 e 36 [21/11/19]
Stabilità asintotica di punti fissi con Jacobiano del campo vettoriale con autovalori con parte reale strettamente negativa.
Funzioni di Liapunov.
Esercizio: dimostrare la stabilità asintotica nel caso di funzione di Liapunov stretta.
Esercizi da [T]: 6.18, 6.19.
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Lezioni 37 e 38 [25/11/19]
Introduzione al teorema della curva di Jordan.
Esercizi (26/11/19)
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Lezioni 39 e 40 [27/11/19]
Lemmi 1,2,3 e 4 di Pederson.
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Lezioni 41 e 42 [29/11/19]
Teorema di Poincaré-Bendixon
( seminario degli studenti).
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Lezioni 43 e 44 [2/12/19]
Teorema dell'arco di curva di Jordan.
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Lezioni 45 e 46 [5/12/19]
Parte analitica del teorema della curva chiusa di Jordan.
Introduzione alla mappe del cilindro in se stesso.
Esercizio: completare i dettagli dell'Esempio a p. 224 di [T] (dimostrare che la mappa f ha le due curve invarianti
indicate, etc.).
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Lezioni 47 e 48 [9/12/19]
Omeomorfismi del cilindro e curve invarianti.
Mappe integrabili. La famiglia standard. Equazione di "Lagrange" per le orbite. Coniugazione a rotazioni rigide.
Enunciato dei teoremi di Mather e Moser.
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Lezioni 49 e 50 [12/12/19]
Lagrangiana di Persival.
Teorema di Mather: schema di dimostrazione e qualche dettaglio tecnico.
Mather, Topology 1982 (vedi anche
Chierchia, ZAMP 1991 )
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Lezioni 51 e 52 [16/12/19]
La trasformata di Laplace e applicazioni alle EDO
(seminario degli studenti)
Iniettività della trasformata di Laplace .
Il Teorema di approssimazione di Weierstrass .
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Lezioni 53 e 54 [20/12/19]
Teorema delle curve invarianti di Moser (schema di dimostrazione).
Esercizi
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Lezioni 55 e 56 [13/1/20]
Applicazioni all'analisi numerica (seminario degli studenti)
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Lezioni 57 e 58 [17/1/20]
Equazioni differenziali sul campo complesso (seminario degli studenti)
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Lezioni 59 e 60 [27/1/20]
Problemi autoaggiunti
(seminario degli studenti)
Diario delle esercitazioni
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Esercitazioni 1 e 2 [27/9/19]
Discussione del Problema 1.9.
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Esercitazioni 3 e 4 [11/10/19]
Discussione di esercizi.
Esercizi
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Esercitazioni 5 e 6 [25/10/19]
Esercizi sulla forma canonica di Jordan.
Altri testi
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[CL]
Coddington E., Levinson N.: Theory of ordinary differential equations , McGraw-Hill, 1955
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[PSV] Livio C. Piccinini, Guido Stampacchia, Giovanni Vidossich: Equazioni differenziali in Rn,
Liguori,
1978
Per osservazioni, suggerimenti, ecc.:
luigi@mat.uniroma3.it