Um dos mais investigados problemas na teoria qualitativa dos sistemas dinâmicos no plano é o XVI problema de Hilbert que investiga uma cota superior para o número de ciclos limites em sistemas diferenciais polinomiais e suas posições relativas. Por outro lado, os sistemas diferenciais suaves por partes tem despertado o interesse de muitos pesquisadores recentemente devido a sua estreita relação com outras áreas das ciências como física, biologia, economia e engenharias. Portanto é natural a busca pela extensão das técnicas e ferramentas da teoria qualitativa para essa classe de sistemas. Nessa dissertação apresentamos uma generalização da técnica do averaging para uma classe especial dos sistemas de Filippov, conhecida como sistemas diferenciais contínuos por partes, desenvolvida por Llibre-Novaes-Teixeira e, aplicamos essa técnica na investigação de uma classe particular de sistemas, que chamamos do tipo Kukles generalizado. / One of the most investigated problems in the qualitative theory of dynamical systems in the plane is the XVI Hilbert\'s problem which asks for the maximum number and position of limity cycles for all planar polynomial differential systems of degree n. On the other hand, recently piecewise continuous differential systems have attracting the interest of many researches specially because of their close relation with other sciences for instance physics, biology, economy and engineering. These relations motivate extensions of the qualitative tools for this class of systems. In this work we present a generalization of the averaging theory for a class of Filippov systems, namely piecewise continuous differential systems, developed by Llibre-Novaes-Teixeira and, we apply this theory to a particular class of differential systems, which we nominate generalized Kukles type.

Um dos mais investigados problemas na teoria qualitativa dos sistemas dinâmicos no plano é o XVI problema de Hilbert que investiga uma cota superior para o número de ciclos limites em sistemas diferenciais polinomiais e suas posições relativas. Por outro lado, os sistemas diferenciais suaves por partes tem despertado o interesse de muitos pesquisadores recentemente devido a sua estreita relação com outras áreas das ciências como física, biologia, economia e engenharias. Portanto é natural a busca pela extensão das técnicas e ferramentas da teoria qualitativa para essa classe de sistemas. Nessa dissertação apresentamos uma generalização da técnica do averaging para uma classe especial dos sistemas de Filippov, conhecida como sistemas diferenciais contínuos por partes, desenvolvida por Llibre-Novaes-Teixeira e, aplicamos essa técnica na investigação de uma classe particular de sistemas, que chamamos do tipo Kukles generalizado. / One of the most investigated problems in the qualitative theory of dynamical systems in the plane is the XVI Hilbert\'s problem which asks for the maximum number and position of limity cycles for all planar polynomial differential systems of degree n. On the other hand, recently piecewise continuous differential systems have attracting the interest of many researches specially because of their close relation with other sciences for instance physics, biology, economy and engineering. These relations motivate extensions of the qualitative tools for this class of systems. In this work we present a generalization of the averaging theory for a class of Filippov systems, namely piecewise continuous differential systems, developed by Llibre-Novaes-Teixeira and, we apply this theory to a particular class of differential systems, which we nominate generalized Kukles type.

Differential systems appear modelling many natural phenomena in different branches of sciences, in biological and physical applications among other areas. Differential systems usually have invariant curves and we can obtain a better description of the qualitative behaviour of their solutions using them. Such invariant curves may be algebraic or not and in the case where they are closed, isolated in the set of periodic orbits and without singular points, they are called limit cycles. There is a very famous problem, proposed by David Hilbert in 1900 what ask about the maximum number of limit cycle that all polynomial differential systems of a given degree could present. In this work we investigate the existence of some invariant curves in quadratic polynomial differential systems and in discontinuous piecewise differential systems (they are known as Filippovs systems). Even after hundreds of studies on the phase portraits of real planar quadratic vector fields the complete characterization of their phase portraits is a quite complex task, they depend on twelve parameters, after affine transformations and time rescaling, we have families with five parameters, which is still a large number. So many subclasses have been considered instead of the complete system. In this work we investigate conditions under the parameters of the system for a planar quadratic differential system present invariant algebraic curve of degree 3 (a cubic curve) and a Darboux invariant and obtain all the topological non-equivalent phase portraits of these systems. The increasing interest in the theory of nonsmooth vector fields has been mainly motivated by their strong relation with physics, engineering, biology, economy, and other branches of sciences. In the study of the Filippovs systems, we investigate the number of periodic orbits that they can present. In this study we apply the averaging theory. Such theory is used to study some classical models and we also present generalization of such technique for a class of nonsmooth systems. In addition, we also show how the LyapunovSchmidt reduction method can be used to consider cases where the averaging theory is not sufficient to study periodic solutions. / Sistemas diferenciais aparecem na modelagem de muitos fenômenos naturais em diferentes ramos da ciência, em aplicações biológicas e físicas, entre outras áreas. Sistemas diferenciais geralmente possuem curvas invariantes e podemos obter uma melhor descrição do comportamento qualitativo de suas soluções utilizando-as. Tais curvas invariantes podem ser algébricas ou não e, no caso de serem fechadas, isoladas no conjunto de órbitas periódicas e sem pontos singulares, são chamadas de ciclos limites. Há um problema muito famoso, proposto por David Hilbert em 1900, que questiona o número máximo de ciclos limites que os sistemas diferenciais polinomiais de um determinado grau poderiam apresentar. Neste trabalho investigamos a existência de algumas curvas invariantes em sistemas diferenciais polinomiais quadráticos e em sistemas diferenciais contínuos por partes (eles são conhecidos como sistemas de Filippov). Mesmo após centenas de estudos sobre os retratos de fase dos campos vetoriais reais planares e quadráticos, a caracterização completa de seus retratos de fase é uma tarefa bastante complexa. Eles dependem de doze parâmetros e após transformações afins e reescalonamento de tempo, temos famílias com cinco parâmetros, o que ainda é um grande número. Assim muitas subclasses tem sido consideradas em vez do sistema completo. Neste trabalho investigamos condições sob os parâmetros do sistema para que um sistema diferencial planar quadrático apresente uma curva algébrica invariante de grau 3 (curva cúbica) e um invariante de Darboux e obtemos todos os retratos de fase não equivalentes destes sistemas. O crescente interesse na teoria dos campos de vetores suaves por partes tem sido motivado, principalmente, por sua forte relação com a física, engenharia, biologia, economia e outros ramos das ciências. No estudo dos sistemas de Filippov, investigamos o número de órbitas periódicas que eles podem apresentar. Para este estudo, aplicamos a teoria do averaging. Tal teoria é usada para estudar alguns modelos clássicos e também apresentamos a generalização de tal técnica para uma classe de sistemas suaves por partes. Além disso, mostramos também como o método de redução de Lyapunov Schmidt pode ser usado para considerar casos em que a teoria do averaging sozinha não é suficiente para estudar soluções periódicas.

Submitted by CLAYTON EDUARDO LENTE DA SILVA null (claedu@gmail.com) on 2016-06-02T17:41:44Z No. of bitstreams: 1 TeseFinalClayton.pdf: 1339813 bytes, checksum: 78fb3fb4fd37414af7b1a14dd1d3a122 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-06-06T16:37:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_cel_dr_sjrp.pdf: 1339813 bytes, checksum: 78fb3fb4fd37414af7b1a14dd1d3a122 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-06T16:37:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_cel_dr_sjrp.pdf: 1339813 bytes, checksum: 78fb3fb4fd37414af7b1a14dd1d3a122 (MD5) Previous issue date: 2016-05-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nesta tese estudamos sistemas dinâmicos não suaves autônomos e não autônomos. Consideramos inicialmente sistemas quadráticos positivamente limitados autônomos planares e damos condições sobre os campos para que o sistema de Filippov correspondente seja limitado. Também estudamos uma classe de sistemas quadráticos e provamos que, sob algumas restrições nos coeficientes da parte linear, os sistemas de Filippov relacionados são limitados. Em seguida, consideramos sistemas não autônomos e damos condições para a existência de soluções periódicas de uma classe de equações diferenciais ordinárias não autônomas. Por fim, consideramos equações diferenciais ordinárias não autônomas de segunda ordem genéricas, relacionadas a sistemas não suaves e não autônomos, estudamos o conceito de solução destas equações e damos condições analíticas que são satisfeitas por soluções típicas, como as soluções deslizantes, por exemplo. A unicidade de soluções para estas equações também é estudada. / In this thesis we study autonomous and non-autonomous non-smooth dynamical systems. We initially consider planar autonomous positively bounded quadratic systems. We give conditions on the vector fields for that the correspondent Filippov system be bounded. We also study a class of quadratic systems and we prove that, under some restrictions on the coefficients of linear part, the related Filippov systems are bounded. We then consider non-autonomous systems and we give conditions for the existence of periodic solutions of a certain class of non-autonomous ordinary differential equations. Finally we consider generic non-autonomous second order differential equations and we study the concept of solution of these equations and determine analytical conditions that are satisfied by typical solutions, sliding solutions for instance. Moreover, the uniqueness of solutions for these equations is studied.