Mapas simpléticos são bem conhecidos por preservarem o volume do espaço de fase em dinâmica Hamiltoniana e são particularmente apropriados para problemas que requerem longos tempos de integração. Nesta tese nós desenvolvemos abordagens baseadas em mapas simpléticos para o acoplamento de multi sub-sistemas/domínios astrofísicos/códigos de simulação, para integração eficiente de sistemas de N-corpos auto-gravitantes com grandes variações nas escalas de tempo características. Nós estabelecemos uma família de 48 novos mapas simpléticos baseados numa separação Hamiltoniana recursiva, que permite que o acoplamento ocorra de uma maneira hierárquica, contemplando assim todas as escalas de tempo das interações envolvidas. Nossa formulação é geral o suficiente para permitir que tal método seja utilizado como receita para combinar diferentes fenômenos físicos, que podem ser modelados independentemente por códigos especializados. Nós introduzimos também uma separação Hamiltoniana baseada em Hamiltonianos de Kepler, para resolver o problema gravitacional geral de N-corpos como uma composição de N2 problemas de 2-corpos. O método resultante é exato para cada problema de 2-corpos individual e produz resultados rápidos e precisos para sistemas de N-corpos quase- Keplerianos, como sistemas planetários ou um aglomerado de estrelas que orbita um buraco-negro supermassivo. O método é também apropriado para integração de sistemas de N-corpos com hierarquias intrínsecas, como um aglomerados de estrelas com binárias compactas. Nós apresentamos a implementação dos algoritmos mencionados e descrevemos o nosso código tupan, que está publicamente disponível na seguinte url: https://github.com/ggf84/tupan. / Symplectic maps are well know for preserving the phase space volume in Hamiltonian dynamics and are particularly suited for problems that require long integration times. In this thesis we develop approaches based on symplectic maps for the coupling of multi sub-systems/astrophysics domains/simulation codes for efficient integration of self-gravitating N-body systems with large variation in characteristic time-scales. We establish a family of 48 new symplectic maps based on a recursive Hamiltonian splitting, which allow the coupling to occur in a hierarchical manner, thus contemplating all time-scales of the involved interactions. Our formulation is general enough to allow that such method be used as a recipe to combine different physical phenomena which can be modeled independently by specialized simulation codes. We also introduce a Keplerian-based Hamiltonian splitting for solving the general gravitational Nbody problem as a composition of N2 2-body problems. The resulting method is precise for each individual 2-body solution and produces quick and accurate results for near-Keplerian N-body systems, like planetary systems or a cluster of stars that orbit a supermassive black-hole. The method is also suitable for integration of N-body systems with intrinsic hierarchies, like a star cluster with compact binaries. We present the implementation of the mentioned algorithms and describe our code tupan, which is publicly available on the following url: https://github.com/ggf84/tupan.

Neste trabalho estudamos o modelo da rede de Kondo em uma rede kagome, buscando uma maior compreensão dos efeitos da frustração geométrica em sistemas de férmions pesados. Para tanto, fizemos uma aproximação de campo médio no hamiltoniano do sistema que serve para todas as fases do sistema. Analisamos inicialmente o caso não magnético. Obtemos neste limite as energias eletrônicas e as funções de Green necessárias ao cálculo numérico autoconsistente das ocupações e do parâmetro de Kondo. Os resultados encontrados estão em concordância qualitativa com trabalhos publicados em outras geometrias. A seguir analisamos o caso magnético, onde introduzimos uma aproximação suplementar, a qual é compatível com a de campo médio já considerada e, em princípio, existente apenas em sistemas com frustração geométrica. Realizamos cálculos autoconsistentes através de somas sobre as frequências de Matsubara. Os resultados mostram que não há coexistência entre ordem magnética e efeito Kondo, além de haver a supressão do antiferromagnetismo com o aumento de temperatura e variações no preenchimento de bandas. / In this work we study the Kondo Lattice model for the kagome lattice, in order to understand better the effects of geometrical frustration in heavy-fermion systems. In this context, we consider a mean field scheme valid for all the system’s phases. Firstly, we analyzed the nonmagnetic case. In this approximation the electron energies and spectral functions are reachable, then we use the density of states to calculate the occupations selfconsistently. Our results are qualitatively compared with previous works in other geometries. In the second part we introduce an approximation for magnestism, which takes into account the mean field scheme considered and the presence of geometrical frustration. Self-consistent calculations are done through the frequencies summation method. Our results show that the magnetism is supressed when the temperature is increased or the band filling deviates from half-filling. Besides, the coexistence of magnetic order and Kondo effect is not observable.

Orientador: Marco Antonio Teixeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-17T14:36:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_RicardoMiranda_D.pdf: 1398633 bytes, checksum: 5ac0dfa4d175b6407f0b574a1aefd3e5 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Na primeira parte desta tese, estudamos a semelhança entre sistemas dinâmicos reversíveis e Hamiltonianos, sob um ponto de vista formal. Nos restringimos a sistemas definidos ao redor de pontos de equilíbrio simples e simétricos. Mostramos que, sob algumas hipóteses, tais sistemas são formalmente orbitalmente equivalentes. Na segunda parte, estudamos a existência de conjuntos minimais em certas famílias de equações diferenciais. Especificamente, exibimos condições sob as quais existem cilindros e toros invariantes para sistemas de equações que são perturbações de sistemas reversíveis. / Abstract: In the first part of this thesis, we study the similarity between reversible and Hamiltonian dynamical systems, from a formal viewpoint. We restrict ourselves to systems defined around an isolated and symmetric equilibria. We show that, under some conditions, such systems are formally orbitally equivalent to Hamiltonian vector fields. In the second part, we study the existence of minimal sets for some families of diferential equations. We obtain conditions for the existence of the invariant cylinders and tori for perturbed reversible systems. / Doutorado / Sistemas Dinamicos / Doutor em Matemática

In this work we study the existence of nontrivial weak solutions for some Hamiltonian elliptic systems in dimension two, involving a potential function and nonlinearities which possess maximal growth with respect to a critical curve (hyperbola). We consider four different cases. First, we study Hamiltonian systems in bounded domains with potential function identically zero. The second case deals with systems of equations on the whole space, the potential function is bounded from below for some positive constant and satisfies some integrability conditions, while the nonlinearities involve weight functions containing a singulatity at the origin. In the third case, we consider systems with coercivity potential functions and nonlinearities with weight functions which may have singularity at the origin or decay at infinity. In the last case, we study Hamiltonian systems, where the potential can be unbounded or can vanish at infinity. To establish the existence of solutions, we use variational methods combined with Trudinger-Moser type inequalities for Lorentz-Sobolev spaces and a finite-dimensional approximation. / Neste trabalho estudamos a existência de soluções fracas não triviais para sistemas hamiltonianos do tipo elíptico, em dimensão dois, envolvendo uma função potencial e não linearidades tendo crescimento exponencial máximo com respeito a uma curva (hipérbole) crítica. Consideramos quatro casos diferentes. Primeiramente estudamos sistemas de equações em domínios limitados com potencial nulo. No segundo caso, consideramos sistemas de equações em domínio ilimitado, sendo a função potencial limitada inferiormente por alguma constante positiva e satisfazendo algumas de integrabilidade, enquanto as não linearidades contêm funções-peso tendo uma singularidade na origem. A classe seguinte envolve potenciais coercivos e não linearidades com funções peso que podem ter singularidade na origem ou decaimento no infinito. O quarto caso é dedicado ao estudo de sistemas em que o potencial pode ser ilimitado ou decair a zero no infinito. Para estabelecer a existência de soluções, utilizamos métodos variacionais combinados com desigualdades do tipo Trudinger-Moser em espaços de Lorentz-Sobolev e a técnica de aproximação em dimensão finita.

Orientador: Marco Antonio Teixeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-26T09:33:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_WenderJosede_D.pdf: 1230622 bytes, checksum: 578f86e5fe4ff35247fcfb0fb04975b8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho consideramos alguns aspectos da teoria qualitativa de sistemas dinâmicos suaves por partes. Nosso principal objetivo é estudar uma classe de tais sistemas, onde o conjunto de descontinuidade é dado por uma hipersuperfície ? e além disso, assumimos que em cada região determinada por ? o campo de vetores definido é um sistema Hamiltoniano. Apresentamos estudos relacionados à regularização de campos de vetores suaves por partes em Rn que preservam volume nas componentes suaves. Abordamos também singularidades de funções suaves por partes, onde formas normais e seus desdobramentos são apresentados. Por fim estudamos bifurcações de campos de vetores Hamiltonianos refrativos / Abstract: In this work, we consider some aspects of the qualitative theory of non smooth dynamical systems in Rn. Our main goal is to study a class of such systems where the discontinuity set is concentrated in a hypersurface ? and moreover, we assume that in each region determined by ? the vector field is a Hamiltonian system. We present studies related to the regularization of piecewise vector fields in Rn that are volume preserving on each smooth components. We also analyze singularities of piecewise smooth functions where normal forms and their unfolding are presented. Finally, we study bifurcations of refractive Hamiltonian vector fields / Doutorado / Matematica / Doutor em Matemática

As equações do modelo bidimensional de veículos autônomos subaquáticos fornecem um exemplo de sistema de controle não linear com o qual podemos ilustrar propriedades da teoria de controle ótimo. Apresentamos, sistematicamente, como os conceitos de formalismo hamiltoniano e teoria de Lie aparecem de forma natural neste contexto. Para tanto, estudamos brevemente o Princípio do Máximo de Pontryagin e discutimos características de sistemas afins. Tratamos com cuidado do Fenômeno Fuller, fornecendo critérios para decidir quando ele está ou não presente em junções, utilizando para isso uma linguagem algébrica. Apresentamos uma abordagem numérica para tratar problemas de controle ótimo e finalizamos com a aplicação dos resultados ao modelo bidimensional de veículo autônomo subaquático. / The equations of the two-dimensional model for autonomous underwater vehicles provide an example of a nonlinear control system which illustrates properties of optimal control theory. We present, systematically, how the concepts of the Hamiltonian formalism and the Lie theory naturally appear in this context. For this purpose, we briefly study the Pontryagin\'s Maximum Principle and discuss features of affine systems. We treat carefully the Fuller Phenomenon, providing criteria to detect its presence at junctions with an algebraic notation. We present a numerical approach to treat optimal control problems and we conclude with an application of the results in the bidimesional model of autonomous underwater vehicle.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-03-13T21:29:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) André Gustavo de Oliveira.pdf: 22922599 bytes, checksum: 2b3b9c7fe5748930111b8a3585d9a410 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-13T21:29:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) André Gustavo de Oliveira.pdf: 22922599 bytes, checksum: 2b3b9c7fe5748930111b8a3585d9a410 (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / Neste trabalho são analisados os efeitos da adição de um termo de acoplamento baseado na interação dipolar entre núcleos quadrupolares em RMN na produção de spin squeezing através de Hamiltonianos de One-Axis Twisting. Diversos regimes de acoplamento são abordados para o caso de subsistemas com momento angular I=7/2 e J=3/2. Verifica-se através das dinâmicas abordadas e pelos valores mínimos do parâmetro de spin squeezing _S^2 em função da intensidade do acoplamento D que, apesar de mudanças significativas nas dinâmicas, estados spin squeezed ainda são encontrados durante as evoluções / In this work, are analyzed the effects of the addition of a coupling term based on the dipole interaction between quadrupolar nuclei in NMR in the production of spin squeezing through One-Axis Twisting Hamiltonians. Several coupling regimes are addressed in the case of subsystems with angular momentum I = 7/2 and J = 3/2. It is verified through the dynamics addressed and by the minimum values of the spin squeezing parameter _S^2 as a function of the coupling intensity D that, despite significant changes in the dynamics, spin squeezed states are still encountered during the evolutions

Neste trabalho estudamos dinâmica Hamiltoniana em $\\mathbb{R}^4$ restrita a níveis de energia próximos a níveis críticos. Mais precisamente, consideramos uma função Hamiltoniana $H: \\mathbb{R}^4 \\to \\mathbb{R}$ que possui um ponto de equilíbrio do tipo sela-centro $p_c \\in H^{-1}(0)$ e assumimos que $p_c$ pertence a um conjunto singular estritamente convexo $S_0 \\subset H^{-1}(0)$. Então, mostramos que os níveis de energia $H^{-1}(E)$, com $E>0$ suficientemente pequeno, contêm uma $3$-bola fechada $S_E$ próxima a $S_0$ que admite um sistema de seções transversais $F_E$, chamado folheação $2-3$. $F_E$ é uma folheação singular de $S_E$ com conjunto singular formado por duas órbitas periódicas $P_{2,E}\\subset \\partial S_E$ e $P_{3,E}\\subset S_E\\setminus \\partial S_E$. A órbita $P_{2,E}$ é hiperbólica dentro do nível de energia $H^{-1}(E)$, pertence à variedade central do sela-centro $p_c$, tem índice de Conley-Zehnder $2$ e é o limite assintótico de dois planos rígidos de $F_E$ que, unidos com $P_{2,E}$, constituem a $2$-esfera $\\partial S_E$. A órbita $P_{3,E}$ tem índice de Conley-Zehnder $3$ e é o limite assintótico de uma família a um parâmetro de planos de $F_E$ contida em $S_E\\setminus \\partial S_E$. Um cilindro rígido conectando as órbitas $P_{3,E}$ e $P_{2,E}$ completa a folheação $F_E$. Uma vez que $F_E$ é um sistema de seções transversais, todas as suas folhas regulares são transversais ao fluxo Hamiltoniano de $H$. Como consequência da existência de uma tal folheação em $S_E$, concluímos que a órbita hiperbólica $P_{2,E}$ admite pelo menos uma órbita homoclínica contida em $S_E \\setminus \\partial S_E$. / In this work we study Hamiltonian dynamics in $\\mathbb R ^4$ restricted to energy levels close to critical levels. More precisely, we consider a Hamiltonian function $H:\\mathbb R ^4 \\to \\mathbb R$ containing a saddle-center equilibrium point $p_c \\in H^ -1 (0)$ and we assume that $p_c$ lies on a strictly convex singular set $S_0 \\subset H^ -1 (0)$. Then we prove that the energy levels $H^ -1 (E)$, with $E>0$ sufficiently small, contain a closed $3$-ball $S_E$ near $S_0$ admitting a system of transverse sections $F_E$, called a $2-3$ foliation. $F_E$ is a singular foliation of $S_E$ and its singular set consists of two periodic orbits $P_{2,E}\\subset \\partial S_E$ and $P_{3,E}\\subset S_E\\setminus \\partial S_E$. The orbit $P_{2,E}$ is hyperbolic inside the energy level $H^ -1 (E)$, lies on the center manifold of the saddle-center $p_c$, has Conley-Zehnder index $2$ and is the asymptotic limit of two rigid planes of $F_E$, which compose the $2$-sphere $S_E$ together with $P_{2,E}$. The orbit $P_{3,E}$ has Conley-Zehnder index $3$ and is the asymptotic limit of a one parameter family of planes of $F_E$ contained in $S_E \\setminus \\partial S_E$. A rigid cylinder connecting the orbits $P_{3,E}$ and $P_{2,E}$ completes the foliation $F_E$. Since $F_E$ is a system of transverse sections, all its regular leaves are transverse to the Hamiltonian flow of $H$. As a consequence of the existence of such foliation in $S_E$, we conclude that the hyperbolic orbit $P_{2,E}$ admits at least one homoclinic orbit contained in $S_E\\setminus \\partial S_E$.

As equações do modelo bidimensional de veículos autônomos subaquáticos fornecem um exemplo de sistema de controle não linear com o qual podemos ilustrar propriedades da teoria de controle ótimo. Apresentamos, sistematicamente, como os conceitos de formalismo hamiltoniano e teoria de Lie aparecem de forma natural neste contexto. Para tanto, estudamos brevemente o Princípio do Máximo de Pontryagin e discutimos características de sistemas afins. Tratamos com cuidado do Fenômeno Fuller, fornecendo critérios para decidir quando ele está ou não presente em junções, utilizando para isso uma linguagem algébrica. Apresentamos uma abordagem numérica para tratar problemas de controle ótimo e finalizamos com a aplicação dos resultados ao modelo bidimensional de veículo autônomo subaquático. / The equations of the two-dimensional model for autonomous underwater vehicles provide an example of a nonlinear control system which illustrates properties of optimal control theory. We present, systematically, how the concepts of the Hamiltonian formalism and the Lie theory naturally appear in this context. For this purpose, we briefly study the Pontryagin\'s Maximum Principle and discuss features of affine systems. We treat carefully the Fuller Phenomenon, providing criteria to detect its presence at junctions with an algebraic notation. We present a numerical approach to treat optimal control problems and we conclude with an application of the results in the bidimesional model of autonomous underwater vehicle.

Neste trabalho estudamos dinâmica Hamiltoniana em $\\mathbb{R}^4$ restrita a níveis de energia próximos a níveis críticos. Mais precisamente, consideramos uma função Hamiltoniana $H: \\mathbb{R}^4 \\to \\mathbb{R}$ que possui um ponto de equilíbrio do tipo sela-centro $p_c \\in H^{-1}(0)$ e assumimos que $p_c$ pertence a um conjunto singular estritamente convexo $S_0 \\subset H^{-1}(0)$. Então, mostramos que os níveis de energia $H^{-1}(E)$, com $E>0$ suficientemente pequeno, contêm uma $3$-bola fechada $S_E$ próxima a $S_0$ que admite um sistema de seções transversais $F_E$, chamado folheação $2-3$. $F_E$ é uma folheação singular de $S_E$ com conjunto singular formado por duas órbitas periódicas $P_{2,E}\\subset \\partial S_E$ e $P_{3,E}\\subset S_E\\setminus \\partial S_E$. A órbita $P_{2,E}$ é hiperbólica dentro do nível de energia $H^{-1}(E)$, pertence à variedade central do sela-centro $p_c$, tem índice de Conley-Zehnder $2$ e é o limite assintótico de dois planos rígidos de $F_E$ que, unidos com $P_{2,E}$, constituem a $2$-esfera $\\partial S_E$. A órbita $P_{3,E}$ tem índice de Conley-Zehnder $3$ e é o limite assintótico de uma família a um parâmetro de planos de $F_E$ contida em $S_E\\setminus \\partial S_E$. Um cilindro rígido conectando as órbitas $P_{3,E}$ e $P_{2,E}$ completa a folheação $F_E$. Uma vez que $F_E$ é um sistema de seções transversais, todas as suas folhas regulares são transversais ao fluxo Hamiltoniano de $H$. Como consequência da existência de uma tal folheação em $S_E$, concluímos que a órbita hiperbólica $P_{2,E}$ admite pelo menos uma órbita homoclínica contida em $S_E \\setminus \\partial S_E$. / In this work we study Hamiltonian dynamics in $\\mathbb R ^4$ restricted to energy levels close to critical levels. More precisely, we consider a Hamiltonian function $H:\\mathbb R ^4 \\to \\mathbb R$ containing a saddle-center equilibrium point $p_c \\in H^ -1 (0)$ and we assume that $p_c$ lies on a strictly convex singular set $S_0 \\subset H^ -1 (0)$. Then we prove that the energy levels $H^ -1 (E)$, with $E>0$ sufficiently small, contain a closed $3$-ball $S_E$ near $S_0$ admitting a system of transverse sections $F_E$, called a $2-3$ foliation. $F_E$ is a singular foliation of $S_E$ and its singular set consists of two periodic orbits $P_{2,E}\\subset \\partial S_E$ and $P_{3,E}\\subset S_E\\setminus \\partial S_E$. The orbit $P_{2,E}$ is hyperbolic inside the energy level $H^ -1 (E)$, lies on the center manifold of the saddle-center $p_c$, has Conley-Zehnder index $2$ and is the asymptotic limit of two rigid planes of $F_E$, which compose the $2$-sphere $S_E$ together with $P_{2,E}$. The orbit $P_{3,E}$ has Conley-Zehnder index $3$ and is the asymptotic limit of a one parameter family of planes of $F_E$ contained in $S_E \\setminus \\partial S_E$. A rigid cylinder connecting the orbits $P_{3,E}$ and $P_{2,E}$ completes the foliation $F_E$. Since $F_E$ is a system of transverse sections, all its regular leaves are transverse to the Hamiltonian flow of $H$. As a consequence of the existence of such foliation in $S_E$, we conclude that the hyperbolic orbit $P_{2,E}$ admits at least one homoclinic orbit contained in $S_E\\setminus \\partial S_E$.