O índice de Conley é uma ferramenta utilizada no estudo de sistemas dinâmicos. Em particular, as decomposições de Morse combinadas com uma apropriada versão do índice de Conley e uma correspondente equação de Morse freqüentemente nos permitem obter resultados de multiplicidade de soluções. Neste trabalho, apresentamos a teoria do índice de Conley e a equação de Morse associada a uma decomposição de Morse e aplicamos os resultados em equações diferenciais ordinárias / The Conley index is a well known tool used in the analysis of dynamical systems. In particular, Morse decompositions combined with an appropriate version of the Conley index and a corresponding Morse equation, often allow us to obtain multiplicity results for solutions. In this work we introduce the Conley index theory and the Morse equation relative to a Morse decomposition and apply the results to ordinary differential equations

We introduce a new class of Conley-Morse chain maps for the purpose of comparing the qualitative structure of flows across multiple scales. Conley index theory generalizes classical Morse theory as a tool for studying the dynamics of flows. The qualitative structure of a flow, given a Morse decomposition, can be stored algebraically as a set of homology groups (Conley indices) and a boundary map between the indices (a connection matrix). We show that as long as the qualitative structures of two flows agree on some, perhaps coarse, level we can construct a chain map between the corresponding chain complexes that preserves the relations between the (coarsened) Morse sets. We present elementary examples to motivate applications to data analysis.

O índice de Conley é uma ferramenta utilizada no estudo de sistemas dinâmicos. Em particular, as decomposições de Morse combinadas com uma apropriada versão do índice de Conley e uma correspondente equação de Morse freqüentemente nos permitem obter resultados de multiplicidade de soluções. Neste trabalho, apresentamos a teoria do índice de Conley e a equação de Morse associada a uma decomposição de Morse e aplicamos os resultados em equações diferenciais ordinárias / The Conley index is a well known tool used in the analysis of dynamical systems. In particular, Morse decompositions combined with an appropriate version of the Conley index and a corresponding Morse equation, often allow us to obtain multiplicity results for solutions. In this work we introduce the Conley index theory and the Morse equation relative to a Morse decomposition and apply the results to ordinary differential equations

Orientador: Ketty Abaroa de Rezende / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-16T08:12:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MontufarLopez_HernanRoberto_D.pdf: 8015438 bytes, checksum: 1175f8d0f78fe476b09178b6e50f10ec (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Em [6] são apresentadas condições necessárias e suficientes para a estabilidade estrutural e o teorema de densidade para campos de vetores em 2-variedades com singularidades simples dos seguintes tipos: cone, guarda-chuva de Whitney, ponto duplo e ponto triplo. Nesta tese, estudamos os fluxos induzidos por estes campos de vetores, que denominamos fluxos Gutierrez-Sotomayor, do ponto de vista topológico utilizando a teoria de Conley. Apresentamos uma fórmula dinâmico-topológica que relaciona o índice de Conley de uma variedade com singularidades simples M que possui uma estratificação que a decompõe numa união disjunta da sua parte regular e da sua parte singular. Usando essa estratificação mostramos que se a singularidade está na parte singular S de M o seu índice pode ser calculado tanto com respeito a M como com respeito a S. Definimos uma função de Lyapunov, neste contexto, e mostramos sua existência para fluxos sem órbitas periódicas e sem ciclos singulares. Em seguida, por uma análise da seqüência de homologia longa exata de um par índice determinamos propriedades que um grafo de Lyapunov deve satisfazer para estar associado a um fluxo. Também abordamos a questão da realização de grafos de Lyapunov abstratos. Para isto, primeiramente apresentamos a igualdade de Poincaré-Hopf, para o caso bidimensional, que caracteriza a relação entre o primeiro número de Betti das 1-variedades ramificadas que são fronteiras de um bloco isolante com seu número de componentes de fronteira e o índice numérico de Conley. Em seguida, mostramos que dados números inteiros positivos que satisfaçam a condição de Poincaré-Hopf sempre é possível construir um bloco isolante que satisfaz estes dados dinâmicos e homológicos / Abstract: In [6] a characterization and genericity theorem for C1-structurally stable vector fields tangent to a 2-dimensional compact subset M of Rk are established. Also in [6], new types of structurally stable singularities and periodic orbits are presented. In this thesis we study the continuous flows associated to these vector fields, which we refer to as the Gutierrez-Sotomayor flows on manifolds M with simple singularities using Conley Index Theory. We consider a stratification of M which decomposes it into a union of its regular and singular strata. We prove certain Euler type formulas which relate topology of M and dynamics on the singular strata. We show the existence of a Lyapunov function for Gutierrez-Sotomayor flows without periodic orbits and singular cycles in this context. Using long exact sequence analysis of index pairs we determine necessary and sufficient conditions for a Gutierrez-Sotomayor flow to be defined on an isolating block. We organize this combinatorially with the aid of Lyapunov graphs and using a Poincar'e-Hopf equality we give necessary conditions for a Lyapunov graph to be associated to a Gutierrez-Sotomayor flow and we also prove these conditions are sufficient / Doutorado / Geometria e Topologia / Doutor em Matemática

Orientador: Ketty Abaroa de Rezende / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-16T15:34:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_DahisyValadaodeSouza_M.pdf: 1595993 bytes, checksum: 49a95ad790c477c7d049695a123d9acd (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Dada uma variedade suave e fechada M, o complexo de Morse-Witten associado a uma função de Morse f : M ? R e a uma métrica Riemanniana g em M consiste de grupos de cadeia gerados pelos pontos críticos de f e um operador bordo que conta linhas de fluxos isoladas do fluxo gradiente negativo. A homologia do complexo de Morse-Witten é isomorfa à homologia singular de M. Dado um conjunto invariante isolado S, uma matriz de conexão para uma decomposição de Morse de S é uma matriz de homomorfismos entre os índices homológicos de Conley dos conjuntos de Morse. A matriz de conexão é capaz de prover informações dinâmicas sobre um fluxo. De fato, esta matriz pode detectar a existência de órbitas conectantes entre os conjuntos de Morse de S. O complexo de Morse-Witten está relacionado à teoria de matrizes de conexão. Mais precisamente, o operador bordo do complexo de Morse-Witten é um caso especial de matriz de conexão / Abstract: Given a smooth closed manifold M, the Morse-Witten complex associated to a Morse function f : M ? R and a Riemannian metric g on M consists of chain groups generated by the critical points of f and a boundary operator counting isolated flow lines of the negative gradient flow. The homology of the Morse-Witten complex is isomorphic to the singular homology of M. Give a isolated invariant set S, a connection matrix for a Morse decomposition of S is a matrix of homomorphism between the Conley homology indices of Morse sets. The connection matrix is capable of providing dynamical information of a flow. In fact, this matrix can detect the existence of connecting orbits among Morse sets of S: The Morse-Witten complex is related to connection matrices theory. More precisely, the boundary operator of the Morse-Witten complex is a special case of connection matrix / Mestrado / Matematica / Mestre em Matemática

Orientador: Ketty Abaroa de Rezende / Dissertação (mestrado) - Universidade Esstadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-15T16:45:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paulo_NaiaraVergiande_M.pdf: 3206526 bytes, checksum: 8b9412f659496d0b15142c86dfe55a5d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar a matriz de conexão, estabelecendo um paralelo entre as abordagens contínua e discreta. O índice homológico de Conley, principal elemento para a definição da matriz de conexão, assume formas distintas quando lidamos com fuxos ou com aplicações contínuas. Tal índice trata-se apenas de um espaço vetorial graduado no caso contínuo, enquanto no caso discreto toma a forma de um par que consiste de um espaço vetorial graduado junto com um isomorfismo. Como consequência, a matriz de conexão para uma decomposição de Morse é definida diferentemente quando consideramos sistemas dinâmicos contínuos ou discretos. No primeiro caso, a matriz de conexão é uma matriz de aplicações lineares entre os índices contínuos homológicos de Conley dos conjuntos de Morse que codifica uma trança de espaços vetoriais graduados, conhecida como trança do índice contínuo homológico. Já no segundo caso, a matriz de conexão é um par de matrizes que têm como entradas aplicações lineares definidas entre os índices discretos homológicos de Conley dos conjuntos de Morse e, agora, este par de matrizes codifica uma trançaa de espaços vetoriais graduados com isomorfismos, chamada trança do índice discreto homológico. Apesar do índice homológico de Conley e da matriz de conexão serem elementos puramente algébricos, ambos são capazes de fornecer informações dinâmicas sobre um fuxo e mais ainda sobre uma aplicação contínua. Especificamente, estes elementos podem detectar a existência de órbitas de conexão entre conjuntos de Morse de um conjunto invariante isolado e exemplos desta situação são apresentados neste trabalho / Abstract: The goal of this work is to present the connection matrix by establishing a parallel between the continuous and discrete settings. The homological Conley index, the main element in the definition of the connection matrix, has a diferent form for flows or continuous maps. This index is a graded vector space in the continuous case whereas in the discrete case it takes the form of a pair consisting of a graded vector space together with an isomorphism. Consequently, the connection matrix for a Morse decomposition is defined diferently when we consider continuous or discrete dynamical systems. In the prior case, the connection matrix is a matrix of linear maps between the continuous Conley homology indices of Morse sets which codes the information of a graded vector space braid known as the continuous homology index braid. In the latter case, the connection matrix is a pair of matrices where the entries in both case are linear maps de?ned between the discrete Conley homology indices of Morse sets and, in this setting, this pair of matrices codes the information of a graded vector space braid with isomorphism known as discrete homology index braid. Although the Conley homology index and the connection matrix constitute purely algebraic elements, they are capable of providing dynamical information of a fow and of a continuous map. More precisely, these elements can detect the existence of connecting orbits among Morse sets of an isolated invariant set and examples of this situation are presented in this work. / Mestrado / Sistemas Dinamicos Topologicos / Mestre em Matemática

Orientador: Ketty Abaroa de Rezende / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T21:23:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Casagrande_Rogerio_D.pdf: 791160 bytes, checksum: 010eb0b4b4c51c71ac7df0e6a9c2ad1e (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O índice de Conley é um invariante topológico usado na análise do comportamento qua¬litativo de sistemas dinâmicos. Inicialmente a teoria foi desenvolvida para fluxos contínuos em espaços de dimensão finita e posteriormente estendida para o caso discreto. Neste tra¬balho, apresentamos uma teoria do índice de Conley para uma classe de campos vetoriais descontínuos, com descontinuidade de primeira espécie. Campos vetoriais descontínuos são freqüentes em varias áreas da Ciência e Engenharia e podem ser expressos por sistemas suaves por partes em uma variedade n-dimensional compacta M. Considere uma estratificação de Whitney de M e seja Z um campo descontínuo em M, onde a região de descohtinuidade, D, é o estrato de codimensão um. Mostramos a existência de um D-par índice (N, L) e sua invariância quanto ao tipo de homotopia do espaço N quocientado por L. Desta forma o D-índice de Conley fica bem definido e apresentamos alguns exemplos de seu cálculo. Utilizamos o D-Índice de ConIey para exibirmos condições suficientes para a existência de pontos de bifurcação em uma família a um parâmetro de campos descontínuos. Apresen¬tamos uma teoria de continuação para D-grafos de Lyapunov associado à classe de campos descontínuos / Abstract: The Conley index is a used as a topological invariant in the analysis of the qualitative behavior of dynamical systems. lnitially the theory was developed for continuous flows in finite dimensional spaces and later extended to the infinite dimensional setting as well as to the discrete case. ln this work, we present a Conley index theory for a class of discontinuous vectar fields, with discontinuity of the first kind. Discontinuous vector fields are frequent in several areas of Science and Engineering and can be expressed as piecewise differentiable vector fields on an n-dimensional compact manifold, M. We consider a Whitney sttatification of M and a discontinuous vector field Z on M, where the region of discontinuity, D, is the strata of codimension one. We show the existence of a D-index pair (N, L) and prove that the quotienL space N/L independs on the pair chosen, thus defining the D-Conley index as the homotopy type of this quotient space. We present some examples of its calculation. We also use the D-Conley index to show sufficient conditions for the existence of bifurcation points in a one parameter family of discontinuous vector fields. We also present a theory of continuation for Lyapunov D-graphs associated to this class of discontinuous vector fields / Doutorado / Geometria e Topologia / Doutor em Matemática

Orientador: Ketty Abaroa de Rezende / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-23T01:07:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villapouca_MarianaGesualdi_D.pdf: 1687322 bytes, checksum: 9557d400e3eadbf12a6a305e0219b2cb (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho tem como foco o estudo do índice de Conley discreto e do par de matrizes de conexão para difeomorfismos fitted Smale em variedades compactas. Foi estabelecido um teorema que apresenta o cálculo do índice de Conley de conjuntos básicos zero - dimensionais usando a informação dinâmica contida nas matrizes de estrutura associadas. A classificação do índice de Conley homológico reduzido de conjuntos básicos zero - dimensionais, utilizando a sua forma de Jordan real foi apresentada. Estabelecemos uma caracterização de pares de matrizes de conexão para decomposições de Morse em conjuntos básicos zero - dimensionais para uma classe de difeomorfismos fitted Smale / Abstract: Our focus in this thesis was on the further development of the discrete Conley index theory with the aim of addressing questions on the pair of connection matrices for fitted Smale diffeomorphisms on compact manifolds. A theorem was established where the computation of the discrete Conley index for zero dimensional basic sets was given with respect to the dynamical information contained in the associated structure matrices. A classification of the reduced homology Conley index of a zero dimensional basic set in terms of its Jordan real form is presented. A characterization of a pair of connection matrices for a Morse decomposition of zero dimensional basic sets of a class of fitted Smale diffeomorphisms is established / Doutorado / Matematica / Doutora em Matemática

On cherchera dans cette thèse à prouver l'existence d'ensembles invariants pour des systèmes continus et l'existence de noyaux de viabilité pour des systèmes à commutation (dépendant de l'espace ou du temps) dans des sous-ensembles de l'espace des phases. Ces objets sont des plus importants dans la théorie des systèmes dynamiques, ils peuvent être décrits de manière informelle comme étant des ensembles qui, lorsque le système dynamique y entre, il y restera à tout jamais. Pour prouver l'existence de tels ensembles on utilisera une propriété topologique dite propriété (ou principe) de Wazewski. On présentera alors une méthode effective pour pouvoir appliquer ce principe à des systèmes continus premièrement. Puis nous généraliserons cette première méthode pour pouvoir la rendre applicable aussi à des systèmes à commutation. / We aim at proving the existence of invariants sets for continuous systems and viability kernels for (time-dependent and state-dependent) switched systems in compact subsets of the phase space. They are of the most important objects of dynamical systems theory. They can be described informally by saying that they are subsets such that, if the dynamical system goes inside, it will remain inside forever. For proving the existence of such sets we will use a topological property named the Wazewski property (or principle).We will firstly present an effective method for applying this principle for continuous systems and then we will generalize this first method in order to make it applicable also for switched systems.

Topology-related issues are becoming increasingly important in Computer Graphics. This research examines the use of topological analysis for solving two important problems in 3D Graphics: surface parameterization, and vector field design on surfaces. Many applications, such as high-quality and interactive image synthesis, benefit from the solutions to these problems. Surface parameterization refers to segmenting a 3D surface into a number of patches and unfolding them onto a plane. A surface parameterization allows surface properties to be sampled and stored in a texture map for high-quality and interactive display. One of the most important quality measurements for surface parameterization is stretch, which causes an uneven sampling rate across the surface and needs to be avoided whenever possible. In this thesis, I present an automatic parameterization technique that segments the surface according to the handles and large protrusions in the surface. This results in a small number of large patches that can be unfolded with relatively little stretch. To locate the handles and large protrusions, I make use of topological analysis of a distance-based function on the surface. Vector field design refers to creating continuous vector fields on 3D surfaces with control over vector field topology, such as the number and location of the singularities. Many graphics applications make use of an input vector field. The singularities in the input vector field often cause visual artifacts for these applications, such as texture synthesis and non-photorealistic rendering. In this thesis, I describe a vector field design system for both planar domains and 3D mesh surfaces. The system provides topological editing operations that allow the user to control the number and location of the singularities in the vector field. For the system to work for 3D meshes surface, I present a novel piecewise interpolating scheme that produces a continuous vector field based on the vector values defined at the vertices of the mesh. I demonstrate the effectiveness of the system through several graphics applications: painterly rendering of still images, pencil-sketches of surfaces, and texture synthesis.