Os principais resultados originais relatados ao longo desse texto provêm de observações em experimentos numéricos, entretanto, na maioria dos casos, os resultados são fundamentados com instrumentos teóricos ou com modelos heurísticos. Inicialmente, introduzimos, nas equações que descrevem osciladores caóticos, uma pequena perturbação periódica a fim de observar no espaço de parâmetros a porção de parâmetros cujo comportamento caótico é extinto. Assim, constatamos que o conjunto de parâmetros correspondentes às orbitas caóticas extintas correspondem à replicas de janelas periódicas complexas previamente existentes no sistema não-perturbado. Posteriormente, utilizando as propriedades de torsão do espaço de estados dos osciladores caóticos, visualizamos transições existentes no interior das janelas periódicas complexas. Quando consideramos sequências dessas janelas sob a ótica da torsão do espaço de estados, observamos a existência de regras que relacionam janelas consecutivas ao longo dessa sequência. Adicionalmente, no espaço de parâmetros de osciladores caóticos e sistemas dinâmicos adicionais, fizemos uma estimativa da dimensão da fronteira entre o conjunto de parâmetros que leva às soluções periódicas e o conjunto que leva aos atratores caóticos. Para os sistemas investigados, os valores obtidos para essa dimensão estão no mesmo intervalo de confiança, indicando que essa dimensão é universal. / The main results reported along this text come from observations in numerical experiments, however, in most cases, results are explained by theoretical instruments or heuristic models. Initially we introduced in the equations that describe chaotic oscillators, a small periodic perturbation to observe, in the parameter space, the portion of parameters whose chaotic behavior is extinguished. Thus, we find that the set of parameters corresponding to the extinct chaotic orbits correspond to replicas of previously complex periodic windows existing in the unperturbed system. Subsequently, using the torsion properties of state spaces of chaotic oscillators, we visualize transitions within the complex periodic windows. When we consider sequences of these windows from the perspective of torsion properties of the state space, we observe the existence of rules that relate consecutive windows along these sequences. Additionally, in the parameter space of chaotic oscillators and additional dynamical systems, we estimate the dimension of the boundary between the set of parameters that leads to periodic solutions and the set that leads to chaotic attractors. For the systems considered here, the values for this dimension are in the same confidence interval, indicating that this dimension is universal.

Os principais resultados originais relatados ao longo desse texto provêm de observações em experimentos numéricos, entretanto, na maioria dos casos, os resultados são fundamentados com instrumentos teóricos ou com modelos heurísticos. Inicialmente, introduzimos, nas equações que descrevem osciladores caóticos, uma pequena perturbação periódica a fim de observar no espaço de parâmetros a porção de parâmetros cujo comportamento caótico é extinto. Assim, constatamos que o conjunto de parâmetros correspondentes às orbitas caóticas extintas correspondem à replicas de janelas periódicas complexas previamente existentes no sistema não-perturbado. Posteriormente, utilizando as propriedades de torsão do espaço de estados dos osciladores caóticos, visualizamos transições existentes no interior das janelas periódicas complexas. Quando consideramos sequências dessas janelas sob a ótica da torsão do espaço de estados, observamos a existência de regras que relacionam janelas consecutivas ao longo dessa sequência. Adicionalmente, no espaço de parâmetros de osciladores caóticos e sistemas dinâmicos adicionais, fizemos uma estimativa da dimensão da fronteira entre o conjunto de parâmetros que leva às soluções periódicas e o conjunto que leva aos atratores caóticos. Para os sistemas investigados, os valores obtidos para essa dimensão estão no mesmo intervalo de confiança, indicando que essa dimensão é universal. / The main results reported along this text come from observations in numerical experiments, however, in most cases, results are explained by theoretical instruments or heuristic models. Initially we introduced in the equations that describe chaotic oscillators, a small periodic perturbation to observe, in the parameter space, the portion of parameters whose chaotic behavior is extinguished. Thus, we find that the set of parameters corresponding to the extinct chaotic orbits correspond to replicas of previously complex periodic windows existing in the unperturbed system. Subsequently, using the torsion properties of state spaces of chaotic oscillators, we visualize transitions within the complex periodic windows. When we consider sequences of these windows from the perspective of torsion properties of the state space, we observe the existence of rules that relate consecutive windows along these sequences. Additionally, in the parameter space of chaotic oscillators and additional dynamical systems, we estimate the dimension of the boundary between the set of parameters that leads to periodic solutions and the set that leads to chaotic attractors. For the systems considered here, the values for this dimension are in the same confidence interval, indicating that this dimension is universal.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte_inicial.pdf: 36972 bytes, checksum: fcde327b6a915f3ce92b07386ef90965 (MD5) Previous issue date: 2010-07-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação propomos um método numérico capaz de caracterizar estados no espaço de parâmetros de sistemas dinâmicos contínuos, modelados por um sistema de equações diferenciais ordinárias autônomas de primeira ordem. O método baseia-se na investigação do espaço de parâmetros construído utilizando todos os expoentes de Lyapunov do sistema. Propomos ainda nesta dissertação dois novos sistemas dinâmicos contınuos de quatro dimensões, um deles construído a partir do conhecido sistema de Lorenz. Nos dois sistemas, foram realizados estudo analítico e numérico. O estudo analítico não somente calculou a divergência e os pontos de equilíbrio dos sistemas, mas também analisou a estabilidade dos pontos encontrados. Por meio desta análise foi possível concluir que ambos os sistemas podem ser dissipativos, e podem apresentar caos, para valores adequados dos parâmetros. No estudo numérico dos dois sistemas aplicamos o método por nós proposto e algumas técnicas conhecidas, como a construção de diagramas de bifurcação e diagramas no espaço de fase. A partir disso, observamos que dependendo dos valores dos parâmetros, os sistemas podem apresentar caos, hipercaos, quase periodicidade e periodicidade.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 capa_ate_sumario.pdf: 940719 bytes, checksum: 34845651ded8147831931a5314e46c27 (MD5) Previous issue date: 2012-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, we numerically studied a four-dimensional Chua circuit model through bifurcation diagrams and parameter spaces. Our main objective here is to ex-tend the studies already realized in this system, showing a wider range of its behavior. For this purpose, we constructed the parameter spaces using the Lyapunov exponents spectrum through color scales, varying simultaneously two parameters of the system. With this procedure it was possible to discover where are the chaotic regions, the pe-riodic ones and the fixed points for the set of parameters. / Este trabalho tem como foco principal estudar, por métodos numéricos, um circuito eletrônico de Chua composto de quatro equações diferenciais através de diagramas de bifurcação e espaços de parâmetros. Nossa proposta aqui é ampliar os estudos numéricos já realizados neste sistema, revelando uma gama maior do seu comportamento. Para isso, realizamos construções dos espaços de parâmetros nos quais apresentam os valores dos expoentes de Lyapunov através de escalas coloridas, mediante a variação de dois parâmetros que compõem o circuito eletrônico. Com este procedimento é possível descobrir onde existem regiões caóticas, periódicas e pontos fixos para o conjunto de parâmetros do sistema.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Introducao.pdf: 113158 bytes, checksum: b51f1d71911c67cb5ee9a76e2f64e8be (MD5) Previous issue date: 2012-03-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we studied the dynamical behavior of driven oscillators on the parameter spaces. To characterize the behavior on parameter spaces, we use two numerical methods: one to calculate the most positive Lyapunov exponent and one to calculate the spectrum of the exponents. The dynamical systems studied in this work are: three complex driven oscillators and a four-dimensional Chua circuit. With the help of the parameter spaces, it was possible to observe various dynamical behaviors of the systems. We also use others techniques, as bifurcation diagrams and trajectories on phase space (attractors) to characterize the systems dynamics. However, between the two numerical methods used, the best one was that calculate the Lyapunov exponent spectrum, because it is possible to construct the parameter spaces for the .rst and the second largest Lyapunov exponent. / Nesta dissertação estudamos a dinâmica dos osciladores forçados, via estudo do espaço (plano) de parâmetros. Para caracterizar o comportamento no espaço de parâmetros, usamos dois métodos: um que calcula somente o maior expoente de Lyapunov e o outro que calcula o espectro de Lyapunov. Os sistemas estudados nessa dissertação são: três osciladores complexos forçados e um circuito de Chua forçado no espaço quadridimensional. Com a construção dos espaços de parâmetros, foi possível observar diversos comportamentos dinâmicos. Usamos também, outras técnicas conhecidas, como a construção de diagramas de bifurcação e trajetórias no espaço de fase, para caracterizar a dinâmica dos sistemas. Porém, o método que apresentou mais recursos para caracterizar a dinâmica de um sistema, foi o que calcula o espectro de Lyapunov, pois, a partir daí, é possível construir os espaços de parâmetros para o primeiro e para o segundo maiores expoentes de Lyapunov.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pre_textuais.pdf: 54354 bytes, checksum: 81cdd6a9b6a26b1b93efdeee869b2de9 (MD5) Previous issue date: 2011-07-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we study the self-organization of periodic structures on parameter-spaces of the largest Lyapunov exponent (Lyapunov diagrams) of the Watt governor system model. A hierarchical organization and period-adding bifurcation cascades of the periodic structures are observed, and these self-organized cascades accumulate on a periodic boundary. We also show that the periods of the structures organize themselves obeying the solutions of a diophantine equation. / Neste trabalho estudamos a auto-organização de estruturas periódicas no espaço de parâmetros do maior expoente de Lyapunov (diagramas de Lyapunov) em um modelo do sistema regulador deWatt. Uma organização hierárquica e cascatas de bifurcação por adição de período das estruturas periódicas são observadas e estas cascatas auto-organizadas se acumulam em fronteiras periódicas. Também mostramos que os períodos das estruturas organizam-se obedecendo as soluções de equações diofantina

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 elementos pre-textuais.pdf: 162361 bytes, checksum: 82f1f3cdfd0bb7d2b36c65252dee4600 (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The erbium-doped fiber dual-ring laser is a four-dimensional continuous-time dynamical system, modeled by a set of four autonomous, first-order ordinary differential equations, and has been investigated in the last years due to several applications, as an example, chaos control, chaos synchronization and telecommunications systems. In this work we study the nonlinear dynamics of an erbium-doped fiber dual-ring laser from two points of view, analytical and numerical. The analytical investigation consists in to analyse the stability of an equilibrium point, using the Routh-Hurwitz criterion and some eigenvalues of the Jacobian matrix. The numerical investigation was performed in a the two-dimensional parameter-space of a set autonomous, seven-parameter, four-dimensional first-order ordinary differential equation system, tuning two parameters that control the dynamics. By using the Lyapunov exponents spectrum as a measure of chaotic and periodic behaviors, we construct parameter-space diagrams to characterize the dynamics of the model. We study the self-organized periodic structures embedded in a chaotic region by means of bifurcation diagrams, showing that there are directions in two-dimensional parameter-spaces in which the periodic structures are arranged in period-adding bifurcation cascades. / O laser de fibra de dois anéis dopado a érbio é um sistema dinâmico quadridimensional a tempo contínuo, modelado por um conjunto de quatro equações diferenciais ordinárias de primeira ordem autônomas, e tem sido investigado nos últimos anos devido as diversas aplicações, como por exemplo, controle de caos, sincronização de caos e sistemas de telecomunicações. Neste trabalho estudamos a dinâmica não linear do laser de fibra de dois anéis dopado a érbio a partir de dois pontos de vista, analítico e numérico. A investigação analítica consiste em analisar a estabilidade de um ponto de equilíbrio do sistema, usando o critério de Routh-Hurwitz e alguns autovalores da matriz Jacobiana. A investigação numérica foi realizada em um espaço de parâmetros bidimensional de um conjunto de quatro equações diferencias ordinárias de primeira ordem autônomas com sete parâmetros, variando dois parâmetros que controlam a dinâmica. Usando o maior Expoente de Lyapunov como uma medida dos comportamentos caótico e periódico construímos diagramas do espaço de parâmetros para caracterizar a dinâmica do modelo. Estudamos as auto-organizações de estruturas periódicas imersas em uma região caótica usando diagramas de bifurcação, mostrando que existem direções específicas no espaço de parâmetros bidimensional em que tais estruturas periódicas são arranjadas em cascatas de bifurcação por adição de período.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristiane Stegemann.pdf: 4817823 bytes, checksum: f859f3883a8981d6a95d5baba3847fc3 (MD5) Previous issue date: 2012-07-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / One of the tumor growth model is formed by a three-dimensional continuous-time dynamical system, modeled by a set of three autonomous, first-order ordinary differential equations. Mathematical models for tumor growth are used as mechanisms to better understand this disease, find patterns for identification through simulations of the spatial distribution of tumors, or even analysis of interactions of cell populations in order to predict their future behavior. In this work, we introduce some systems that model population growth, which substantiate the choice of the equations of growth of tumors that will later be used in computer simulations. From the analytical point of view, one can determine all equilibrium points of the system and for one of them to study its stability. For to the latter task, we will use the eigenvalues of the Jacobian matrix. The numerical results were obtained by the study of parameter spaces and bifurcation diagrams. The parameter spaces were constructed from the change in a couple of parameters and by calculating a third magnitude, which in this work will be the period and the Lyapunov exponent. These results indicate the existence of specific regions in the parameter space where periodic structures were arranged in a period-adding bifurcation cascade. It is shown that, in the innermost region of the periodic structures, it is possible to visualize the superestable line. Finally, for certain parameter values, the periodic structures are presented spirally arranged, although no law of formation has been found. / Um dos modelos de crescimento de tumores é formado por um sistema dinâmico tridimensional a tempo contínuo, modelado por um conjunto de três equações diferenciais ordinárias de primeira ordem autônomas. Modelos matemáticos para crescimento de tumores são utilizados como mecanismos para entender melhor esta doença, encontrar padrões para sua identificação através de simulações da distribuição espacial de tumores, ou mesmo análises de interações de populações celulares com o intuito de predizer seu comportamento futuro. Neste trabalho, serão apresentados alguns sistemas que modelam crescimento populacional, o que fundamentará a escolha das equações de crescimento de tumores que, posteriormente, serão utilizadas nas simulações computacionais. Do ponto de vista analítico, pode-se determinar todos os pontos de equilíbrio do sistema e, para um deles, estudar sua estabilidade. Para esta última tarefa, serão utilizados os autovalores da matriz Jacobiana. Os resultados numéricos foram obtidos via estudo de espaços de parâmetros e diagramas de bifurcação. Os espaços de parâmetros são construídos a partir da variação de um par de parâmetros e do cálculo de uma terceira grandeza, que neste trabalho, serão o período e o expoente de Lyapunov. Tais resultados indicam a existência de regiões específicas no espaço de parâmetros em que a estruturas periódicas são arranjadas em uma cascata de bifurcação por adição de período. Será mostrado que, na região mais interna das estruturas periódicas, é possível visualizar a linha de superestabilidade. Por fim, para determinados valores dos parâmetros, as estruturas periódicas se apresentam dispostas em espiral, embora nenhuma lei de formação tenha sido encontrada.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana Vicente.pdf: 26659692 bytes, checksum: 42c72bc287e017fe62aec1549942e15b (MD5) Previous issue date: 2013-03-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Fitzhugh-Nagumo model originally consists of two non-linear differential equations, which simulate the behavior of nerve impulse conduction through the neuronal membrane. In this work, we study the dynamical behavior of coupled neuron networks modeled by equations of Fitzhugh-Nagumo, in the numerical viewpoint. The numerical simulations were made considering networks of two, three and four neurons coupled unidirectionally and bidirectionally, for which parameter spaces, isoperiodic diagrams and bifurcation diagrams were built. In the parameter spaces and isoperiodic diagrams we investigated the dynamics of the variation between coupling strength of the neural systems and any other parameters of system, calculating the Lyapunov exponents and the local maximum of a variable respectively. The results showed the existence of periodic structures, self-organized arranged sequentially in a period-adding bifurcation cascade immersed in chaotic regions. Internally these structures undergo bifurcations by period-doubling. In the case of the two neurons model unidirectionally coupled, we observe the formation of periodic structures arranged in period-adding bifurcation cascade. Finally we show that in some cases the networks of three and four neurons the occurrence of hyperchaos, were observed in the dynamics of the systems. / O modelo de Fitzhugh-Nagumo é composto originalmente por um sistema de duas equações diferenciais não-lineares, que simulam o comportamento de condução do impulso nervoso através da membrana neural. Neste trabalho estudamos numericamente o comportamento dinâmico de redes de neurônios acoplados, modeladas pelas equações de Fitzhugh-Nagumo. Consideramos redes de dois, três e quatro neurônios acoplados unidirecionalmente e bidirecionalmente, para as quais foram construídos espaços de parâmetros dos expoentes de Lyapunov, diagramas isoperíodos e diagramas de bifurcação. Nos espaços de parâmetros e diagramas isoperiódicos investigamos a dinâmica da variação entre a intensidade de acoplamento dos sistemas de neurônios e um outro parâmetros quaisquer do sistema, calculando o espectro de Lyapunov e os máximos locais de uma variável, respectivamente. Os resultados evidenciaram a existência de estruturas auto-similares arranjadas sequencialmente em cascatas de bifurcação por adição de período imersas em regiões caóticas. Internamente, as estruturas periódicas exibem cascatas de bifurcações por dobramento de período. No caso do modelo para dois neurônios acoplados unidirecionalmente existe a formação de estruturas periódicas em camada, arranjadas em cascatas de bifurcação por adição de período. Finalmente mostramos que, para as redes de três e quatro neurônios, existe a ocorrência de regiões de hipercaos na dinâmica dos sistemas.