A second-order Lagrangian system is a generalization of a classical mechanical system for which the Lagrangian action depends on the second derivative of the state variable. Recent work has shown that the dynamics of such systems c:an be substantially richer than for classical Lagrangian systems. In particular, topological properties of the planar curves obtained by projection onto the lower-order derivatives play a key role in forcing certain types of dynamics. However, the application of these techniques requires an analytic restriction on the Lagrangian that it satisfy a twist property. In this dissertation we approach this problem from the point of view of curve shortening in an effort to remove the twist condition. In classical curve shortening a family of curves evolves with a velocity which is normal to the curve and proportional to its curvature. The evolution of curves with decreasing action is more general, and in the first part of this dissertation we develop some results for curve shortening flows which shorten lengths with respect to a Finsler metric rather than a Riemannian metric. The second part of this dissertation focuses on analytic methods to accommodate the fact that the Finsler metric for second-order Lagrangian system has singularities. We prove the existence of simple periodic solutions for a general class of systems without requiring the twist condition. Further; our results provide a frame work in which to try to further extend the topological forcing theorems to systems without the twist condition. / Includes bibliography. / Dissertation (Ph.D.)--Florida Atlantic University, 2014. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

Singularly perturbed systems with or without delays commonly appear in mathematical modeling of physical and chemical processes, engineering applications, and increasingly, in mathematical biology. There has been intensive work for singularly perturbed systems, yet most of the work so far focused on systems without delays. In this thesis, we provide a new set of tools for the stability analysis for singularly perturbed control systems with time delays. / Includes bibliography. / Dissertation (Ph.D.)--Florida Atlantic University, 2015. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

Orientador: Ricardo Egydio de Carvalho / Banca: Iberê Luiz Caldas / Banca: Marisa Roberto / Resumo: Investigamos nesta dissertação a introdução de uma barreira dinâmica em diferentes sistemas físicos caóticos, a fim de analisar a influência que esta barreira causa na dinâmica e topologia destes sistemas. A barreira principal deste estudo é a barreira denominada Toro Robusto, que nada mais é do que uma curva invariante no espaço de fases em meio a estruturas de ressonância, mares de caos, etc. A barreira Toro Robusto bloqueia a difusão caótica no espaço de fases associado ao sistema físico, e causa também uma estabilização em sua vizinhança linear. Introduziremos Toros Robustos em vários tipos de sistemas dinâmicos, como por exemplo, em uma Hamiltoniana "Toy Model" a fim de entender o seu efeito no processo de reconexão ou "overlap" de ressonâncias isócronas. Toros Robustos quebrando a dimerização de cadeias de ressonância também foram estudados no mapa padrão "não-twist". O bloqueio da difusão de Arnold no mapa padrão acoplado também foi mostrado, assim como, a introdução de Toros Robustos em sistemas utilizados em física de plasmas, como meio de controle de caos em plasma confinado em Tokamak. Outra barreira apresentada aqui é a barreira do tipo "meander" que surge através do processo de reconexão de ressonâncias no espaço de fases. Introduziremos um novo mapa discreto que chamamos de Mapa padrão "não-twist" labiríntico, que apresenta múltiplas regiões de barreiras "meanders" por todo o espaço de fases / Abstract: We investigated in this work the introduction of a dynamical barrier in different chaotic physical systems in order to analyze the influence that it causes in the topology and in the dynamics of them. The main barrier studied here is called Robust Tori which is an invariant curve in the phase space permeated by resonance structures and chaotic seas. The Robust Torus barrier blocks the chaotic diffusion in the phase space of the associated physical system, and it also causes a linear stabilization in its neighborhood. Robust Tori will be introduced in several types of dynamic systems, such as in a Toy Model Hamiltonian in order to understand their effect on the reconnection process or overlap of isochronous resonances. The breakdown of resonance dimerization by Robust Tori was also studied using the nontwist standard map. The blocking of Arnold diffusion in the coupled standard map was also shown, as well as the introduction of Robust Tori in relevant models for plasma physics as a tool for controlling chaos in confined plasmas in Tokamaks. Another barrier, which is presented here, is the meander barrier that emerges through the reconnection process of resonances in phase space. We will also introduce a new discrete map, which we call labyrinthic standard non-twist map that shows multiple regions of meanders barriers around the phase space / Mestre

Cette thèse présente l’étude d’un problème de contrôle optimal dont le coût est non-différentiable pourcertaines valeurs du contrôle ou de l’état, tout en restant Lipschitz. Ce problème nous a été inspiré par laproblématique générale de la minimisation de l’énergie dépensée par un véhicule ou robot de type voiture lelong d’un trajet dont le profil de route est connu à l’avance. Cette problématique est formulée à l’aide d’unmodèle simple de la dynamique longitudinale du véhicule et une fonction coût qui englobe la notiond’efficacité du processus de conversion énergétique. Nous présentons un résultat de régularité des contrôles,valable pour la classe des systèmes non-linéaires, affines dans les contrôles, classe à laquelle appartient notreproblème. Ce résultat nous permet d’exclure les phénomènes de chattering de l’ensemble des solutions. Nousréalisons trois études de cas pour lesquelles les trajectoires optimales sont composées d’arcs bang,d’inactivations, d’arcs singuliers et, dans certains cas, de retours en arrière. / The present thesis is a study of an optimal control problem having a non-differentiable, but Lipschitz, costfunction. It is inspired by the minimization of the energy consumption of a car-like vehicle or robot along aroad which profile is known. This problem is stated by means of a simple model of the longitudinal dynamicsand a running cost that comprises both an absolute value function and a function that accounts for theefficiency of the energy conversion process. A regularity result that excludes chattering phenomena from theset of solutions is proven. It is valid for the class of control affine systems, which includes the consideredproblem. Three case studies are detailed and analysed. The optimal trajectories are shown to be made of bang,inactivated and backward arcs.

Thesis (M.S.) -- Mississippi State University. Department of Mechanical Engineering. / Title from title screen. Includes bibliographical references.

A general multidisciplinary design problem features coupling and feedback between contributing analyses. This feedback may lead to convergence issues requiring significant iteration in order to obtain a feasible design. This work casts the multidisciplinary design problem as a dynamical system in order to leverage the benefits of dynamical systems theory in a new domain. Three areas from dynamical system theory are chosen for investigation: stability analysis, optimal control, and estimation theory. Stability analysis is used to investigate the existence of a solution to the design problem and how that solution can be found. Optimal control techniques allow consideration of contributing analysis output and design variables constraints at the same level of the optimization hierarchy. Finally, estimation methods are employed to rapidly evaluate the robustness of the multidisciplinary design. These three dynamical system techniques are then combined in a methodology for the rapid robust design of linear multidisciplinary systems. While inherently linear, the developed robust design methodology is shown to be extensible to nonlinear systems. The applicability and performance of the developed technique is demonstrated through linear and nonlinear test problems including the design of a hypersonic aerodynamic surface for a system in which an increase in range or improvement in landed accuracy is sought. In addition, it is shown that the developed robust design methodology scales well compared to other methods.

Orientador: Hyun Mo Yang / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Delboni_RobertaRegina_M.pdf: 1935834 bytes, checksum: c76bab850d32e85026fe1a7e37e3e14d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Um grande desafio para a indústria de alimentos é, por um lado, atender a demanda dos consumidores por alimentos minimamente processados, livres de aditivos químicos e submetidos a tramentos térmicos mais brandos, devido ao forte apelo como "alimentos naturais", mas, ao mesmo tempo, garantir a segurança microbiológica destes produtos. Para abordar quantitativamente o controle biológico como técnica de conservação, apresenta-se um modelo matemático da interação entre bactérias lácticas e o patógeno Listeria monocytogenes. A partir deste modelo, estuda-se a possível ação do ácido láctico e da bacteriocina, produzidos pela bactéria láctica, na redução do crescimento da Listeria no alimento. Através do conhecimento bioquímico de regulação da biossíntese de bacteriocina, desenvolve-se outro modelo, com enfoque na bacteriocina nisina. Mostra-se o efeito da nisina na resposta do sistema que regula a expressão de genes necessários para a biossíntese. Expandindo esse modelo, são incluídas equações para descrever também o processo de biossíntese, e avalia-se a resposta do sistema regulatório quando se aumenta a densidade de células da bactéria produtora. Observa-se comportamento típico de histerese. Mostra-se, assim, o funcionamento do mecanismo de "quorum sensing", ou seja, a produção da nisina regulada de maneira dependente da densidade celular, devido a uma transição entre o estado ativado e desativado do sistema regulatório, que correspondem às duas soluções estacionárias assintoticamente estáveis / Abstract: A major challenge for the food industry is the attending of demands of consumers for minimally processed foods, which do not contain chemical preservatives neither were submitted to intensive heat treatments, but at the same time ensuring microbiological safety of these products. To study quantitatively the biological control as a technique of conservation, we developed a mathematical model to describe the interaction between lactic acid bacteria and the pathogen Listeria monocytogenes in the food. The steady states and dynamical trajectories analyses of the model allowed us to study the possible action of the lactic acid and the bacteriocin, produced by lactic acid bacteria, in the reduction of activity of Listeria in the food. Through the knowledge of the bacteriocin biosynthesis biochemical regulation, we developed other model focusing on the production of bacteriocin nisin. We then have shown the effect of nisin on the response of the system which regulates the expression of genes required for biosynthesis. This model was extended to include synthesis of nisin in order to study the dynamic of the regulatory system in a growing bacterial population. Both models demonstrate a typical behavior of hysteresis. Using the last model, we have shown the cell-density-dependent regulation of bacteriocin production, called mechanism of quorum sensing, which is the switch between two stable steady solutions corresponding to non-activated and activated states of the regulatory system / Mestrado / Biomatematica / Mestre em Matemática Aplicada

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-03-31T11:28:07Z No. of bitstreams: 1 jesuscernadesgomez.pdf: 1031961 bytes, checksum: 184ef4c8e577aada634107338cd8a4ee (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T02:56:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jesuscernadesgomez.pdf: 1031961 bytes, checksum: 184ef4c8e577aada634107338cd8a4ee (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T02:56:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jesuscernadesgomez.pdf: 1031961 bytes, checksum: 184ef4c8e577aada634107338cd8a4ee (MD5) Previous issue date: 2013-06-07 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem por finalidade apresentar um método para a solução de problemas de otimização não-convexos e não-diferenciáveis. O método, chamado IED (Interior Epigraph Directions), aplica-se a problemas de otimização cuja função objetivo é contínua e definida em um subconjunto compacto de Rn, sujeita a restrições de igualdade e/ou desigualdade. O método IED considera o problema dual induzido por uma função lagrangeana aumentada e obtém a solução primal gerando uma sequêmcia de pontos no interior do epígrafo da função dual. Primeiramente, um subgradiente é usado para gerar uma aproximação linear do problema dual. Em seguida, usa-se esta aproximação linear para definir-se uma direção de busca interior ao epígrafo da função dual. Obtém-se então, a partir de um ponto no interior do epígrafo, um novo ponto interior e, consequêntemente, uma sequência de pontos interiores é construida. Essa sequência produz uma sequência dual que por sua vez origina uma sequência primal, através da solução de um subproblema originado pela dualidade. A análise de convergência do algoritmo é também apresentada bem como resultados numéricos da solução de problema extraídos da literatura. / This work presents a method for solving constrained nonsmooth and nonconvex optimization problems. Themethod, called IED (Interior Epigraph Directions) can be applied to optimization problems with continuos objective functions defined over compact subsets of Rn and subjected to equalities and/or inequalities constraints. The IED method considers the dual problem induced by a generalized augmented Lagrangian function and obtains the primal solution by generating a sequence of iterates in the interior of the dual function. First, a subgradient is used to build a linear approximation to the dual problem. Then, this linear approximation is used to define a search direction in the interior of the dual function. From an interior point of the epigraph, a new point is obtained and an interior sequence to the epigraph is built, This sequence of interior points generates a dual sequence which in its turn generates a primal sequence by solving a problem originated by duality. The convergence analysis is also presented as well as numerical result of several problems obtained from de literature.

Orientador: Paulo Regis Caron Ruffino / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-20T22:03:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalesGargate_IvanItalo_D.pdf: 724522 bytes, checksum: bb313a00b360e7bea2a2411b759c7389 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Nesta tese, estudamos um princípio de médias em equações diferenciais estocásticas sobre variedades folheadas com folhas compactas. Começaremos introduzindo o princípio de médias sobre equações diferenciais ordinárias reais. A título de comparação vamos rever conceitos básicos de variedade simplética com a finalidade de comparar/estender os resultados obtidos por Xue-Mei Li sobre um princípio de médias para um sistema Hamiltoniano estocástico completamente integrável. Nosso principal resultado é generalizar estas idéias para o caso de uma variedade M = (-a; a)n x N, onde N é uma variedade compacta sem bordo. Em particular mostraremos nossos resultados para o caso que a folheação é gerada por uma submersão de M sobre Rn. Finalmente apresentamos alguns exemplos / Abstract: In this thesis, we study the averaging principle for stochastic differential equations on foliated manifolds with compact leaves. We begin by introducing the averaging principle over real ordinary differential equations. For comparison we will review basic concepts of symplectic manifold in order to compare/extend the results obtained by Xue-Mei Li about a averaging principle for a completely integrable stochastic Hamiltonian system. Our main result is to generalize these ideas to the case of a manifold M = (-a; a)n x N, where N is a compact manifold without boundary. In particular our results show for the case that foliation is generated by an submersion of M over Rn. Finally we present some examples / Doutorado / Matematica / Doutor em Matemática

Orientador: Paulo Regis Caron Ruffino / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-27T10:29:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morgado_LeandroBatista_D.pdf: 1320837 bytes, checksum: db1015f01556b3de2b1f7ca1c6bf33d3 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho aborda alguns aspectos da teoria de equações diferenciais estocásticas em relação a semimartingales com saltos, suas aplicações na decomposição de fluxos estocásticos em variedades, bem como algumas implicações de natureza geométrica. Inicialmente, em uma variedade munida de distribuições complementares, discutimos o problema da decomposição de fluxos estocásticos contínuos, isto é, gerados por EDE em relação ao movimento Browniano. Resultados anteriores garantem a existência de uma decomposição em difeomorfismos que preservam as distribuições até um tempo de parada. Usando a assim denominada equação de Marcus, bem como uma técnica que denominamos equação 'stop and go', vamos construir um fluxo estocástico próximo ao original, com a propriedade adicional que o fluxo construído pode ser decomposto além do tempo de parada inicial. Em seguida, trataremos da decomposição de fluxos estocásticos no caso descontínuo, isto é, para processos gerados por uma EDE em relação a um semimartingale com saltos. Após uma discussão sobre a existência da decomposição, obtemos as EDEs para as componentes respectivas, a partir de uma extensão que propomos da fórmula de Itô-Ventzel-Kunita. Finalmente, propomos um modelo de equações diferenciais estocásticas com retardo incluindo saltos. A ideia é modelar certos fenômenos em que a informação pode chegar ao receptor por diferentes canais: de forma contínua, mas com retardo, e em tempos discretos, de forma instantânea. Vamos abordar aspectos geométricos relacionados ao tema: transporte paralelo em curvas diferenciáveis com saltos, bem como possibilidade de levantamento de uma solução do nosso modelo de equação para o fibrado de bases de uma variedade diferenciável / Abstract: The main subject of this thesis is the theory of stochastic differential equations driven by semimartingales with jumps. We consider applications in the decomposition of stochastic flows in differentiable manifolds, and geometrical aspects about these equations. Initially, in a differentiable manifold endowed with a pair of complementary distributions, we discuss the decomposition of continuous stochastic flows, that is, flows generated by SDEs driven by Brownian motion. Previous results guarantee that, under some assumptions, there exists a decomposition in diffeomorphisms that preserves the distributions up to a stopping time. Using the so called Marcus equation, and a technique that we call 'stop and go' equation, we construct a stochastic flow close to the original one, with the property that the constructed flow can be decomposed further on the stopping time. After, we deal with the decomposition of stochastic flows in the discontinuous case, that is, processes generated by SDEs driven by semimartingales with jumps. We discuss the existence of this decomposition, and obtain the SDEs for the respective components, using an extension of the Itô-Ventzel-Kunita formula. Finally, we propose a model of stochastic differential equations including delay and jumps. The idea is to describe some phenomena such that the information comes to the receptor by different channels: continuously, with some delay, and in discrete times, instantaneously. We deal with geometrical aspects related with this subject: parallel transport in càdlàg curves, and lifting of solutions of these equations to the linear frame bundle of a differentiable manifold / Doutorado / Matematica / Doutor em Matemática