PROGETTO DI RICERCA: Problemi al contorno per
equazioni e sistemi differenziali: metodi e applicazioni
Responsabile scientifico: Susanna Terracini
Componenti: Gianni Arioli, Vivina Barutello,
Monica Conti, Veronica Felli, Davide L. Ferrario, Daniela Lupo,
Simone Paleari, Kevin Payne, Enrico Serra, Massimo Tarallo,
Federico Vegni, Gianmaria Verzini.
Parole chiave
METODI VARIAZIONALI ; PROBLEMI AL
CONTORNO NON
LINEARI ; SISTEMI DINAMICI ; SISTEMI ELLITTICI IN COMPETIZIONE ; ORBITE
PERIODICHE ; PROBLEMI DI FRONTIEREA LIBERA ; EQUAZIONE DI SCHROEDINGER
NON LINEARE ; PROBLEMA DEGLI N-CORPI ; ORBITE EQUIVARIANTI
Curriculum
scientifico del Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca
Susanna Terracini ha ottenuto
il titolo di Ph.D in
Matematica alla SISSA (Trieste) nel 1990; dal 1992 al 2001 e` stata
professore associato di Analisi Matematica presso il Politecnico di
Milano. Dal 2001 e' Professore Ordinario presso l'Universita' di Milano
Bicocca. La sua attivita` di ricerca si e` sviluppata lungo due
direzioni dell’analisi non lineare: l’approccio variazionale alla
ricerca di moti periodici, asintoticamente periodici e caotici per
sistemi lagrangiani e problemi di esistenza, molteplicita' e proprieta'
qualitative di equazioni e sistemi ellittici semilineari. Ha ottenuto
risultati di molteplicita' di orbite periodiche per problemi con una
singolarita' attrattiva ed ha poi esteso le sue analisi al problema
periodico degli N-corpi sia nel caso Kepleriano che in quello delle
interazioni di tipo ``strong force''. Per quel che riguarda i problemi
di esistenza, molteplicita' e proprieta' qualitative di soluzioni per
equazioni semilineari, si e' interessata di alcuni casi a crescita
critica e sottocritica; inoltre ha ottenuto risultati di esistenza e
molteplicita' di soluzioni per sistemi ellittici. Recentemente si e'
occupata di sistemi con forte interazione competaitiva e partizioni
ottimali. E' l'autrice di circa 45 lavori pubblicati sulle maggiori
riviste matematiche internazionali.
Terracini e' referee per numerose riviste internazionali. Inoltre stata
invitata a tenere conferenze in numerose universita' italiane e
straniere fra le quali quelle di Parigi VI e IX e all'Osservatorio
astronomico di Parigi, e inoltre al Courant Institute di New York e
nelle Università di Madison, Rutgers University, alla USC, alla
UC San
Diego, al CMAF di Lisbona e all'EPF di Losanna. E' stata invitata come
oratrice per una conferenza plenaria all'Equadiff 2003. Ha ricevuto il
premio "G. Vinti" per il 2003.
Alcune pubblicazioni del Responsabile
Scientifico dell'Unità di Ricerca
| 1. |
D. L. FERRARIO; TERRACINI S. (2004). On
the Existence of Collisionless Equivariant Minimizers for the Classical
n-body Problem INVENTIONES MATHEMATICAE. (vol. 155 pp. 305-362) |
| 2. |
BONHEURE; D.; SANCHEZ; L.; TARALLO; M.;
TERRACINI S.; S. (2003). Heteroclinic connections between
nonconsecutive equilibria of a fourth order differential equation.
CALCULUS OF VARIATIONS AND PARTIAL DIFFERENTIAL EQUATIONS. (vol. 17 pp.
341-356) |
| 3. |
CONTI; M.; TERRACINI S.; S.; VERZINI; G.
(2003). An optimal partition problem related to nonlinear
eigenvalues JOURNAL OF FUNCTIONAL ANALYSIS. (vol. 198 pp. 160-196) |
| 4. |
BOSETTO ELENA; SERRA ENRICO; TERRACINI S.
(2002). Generic-type results for chaotic dynamics in equations with
periodic forcing terms. JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS. (vol.
180 pp. 99-124) |
| 5. |
ARIOLI G.; GAZZOLA F.; TERRACINI S. (2000). Minimization
properties of Hill's orbits and applications to some $N$-body problems
ANNALES DE L INSTITUT HENRI POINCARE-ANALYSE NON LINEAIRE. (vol. 17 pp.
617-650) ISSN: 0294-1449 |
Base di partenza scientifica
Le attivita' dell' Unità
locale si sono concentrate
sullo studio delle soluzioni di equazioni differenziali non lineari, di
interesse principalmente nel campo della Fisica Matematica. Sono state
prese in esame tanto equazioni e sistemi alle derivate parziali quanto
sistemi di equazioni ordinarie. Fra le altre, sono state esaminate
problematiche legate ai problemi seguenti:
1) EQUAZIONI E SISTEMI ELLITTICI CON FORTE INTERAZIONE E PARTIZIONI
OTTIMALI: ESISTENZA, PROPRIETA' QUALITATIVE E PROBLEMI DI FRONTIERA
LIBERA ASSOCIATI
Le ricerche della nostra unità locale riguardano lo studio di
alcuni
problemi variazionali connessi al fenomeno della segregazione per
sistemi di popolazioni fortemente competitivi. Un punto di interesse
della ricerca riguarda l'analisi asintotica del fenomeno di
segregazione spaziale in sistemi sia ellittici che parabolici, quando
il coefficiente di competizione interspecifica tende all'infinito. Al
fenomeno di segregazione sono stati associati, a partire da [CTV1],
alcuni problemi di partizione ottima del dominio e problemi di
frontiera libera, analogamente e quanto fatto nella letteratura
esistente (vedi [D,DD1,DD2,DDM,DHMP]), principalmente nel caso di due
densità in competizione. Nel lavoro [CTV3] viene studiato il
problema
della energia minima per sistemi di k densità, con condizioni al
contorno fissate, sotto il vincolo che i supporti siano mutuamente
disgiunti. Si ottiene innanzitutto esistenza, unicità e
stabilità
rispetto ai dati della partizione minimale. Si mostra che i minimi, pur
non esistendo propriamente una equazione di Eulero -Lagrange associata,
verificano un insieme di disequazioni differenziali che definiscono una
interessante classe funzionale (la classe S). Nell'ambito della classe
S, si studiano le proprietà di regolarità locale (e
globale) sia per le
densità sia per le frontiere libere relative. L'analisi delle
proprieta' locali degli elementi della classe e' basata su risultati
recenti di Caffarelli, Jerison, Kenig [CJK] e opportune estensioni
sviluppate nel corso del lavoro. In [CTV4] si studia un analogo
problema di partizione ottimale, ma per funzionali che coinvolgono gli
autovalori lineari degli elementi della partizione. Si mostra che
opportune riscalate delle autofunzioni associate ai primi autovalori
della partizione minimale, appartengono ad una classe funzionale di
tipo S. Questo fatto permette di applicare alla soluzione del problema
la teoria di regolarità sviluppata in [CTV3]. Come applicazione
dei
risultati ottenuti, si propone una nuova caratterizzazione variazionale
della prima curva dello spettro di Fucik (sia per operatori lineari che
quasilineari), ed inoltre alcune varianti delle formule di monotonia di
Alt-Caffarelli-Friedman che portano, in dimensione 2, ad alcuni teoremi
di tipo Liouville.
2) PROBLEMI NONLINEARI PER EQUAZIONI DI TIPO MISTO E DEGENERE
Problemi al contorno per equazioni nonlineari di tipo misto
ellittico-iperbolico e degenere si trovano in vari problemi di
interesse nella fisica e la geometria come nei problemi della dinamica
di gas tronsonico [F] e nella immersione di una varietà
riemanniana con
curvatura che cambia segno [L]. Le condizioni naltuali al bordo possono
essere divise in due tipi: quelle che sono prescritte su tutto il bordo
sono chiamate chiuse (p.e. condizioni di Dirichlet o Neumann) e quelle
prescritte su un sottoinieme proprio sono chiamate aperte (p.e.
condizioni di Tricomi). Nella dimamica di un gas transonico, problemi
con condizioni chiuse/(aperte) al bordo vengono usati per modellizzare
flussi attorno profili/(in un canale) respettivamente. Problemi con
condizioni chiuse al bordo sono generalmente sopra-deteminati in spazi
di regolarità classica e quindi sono piu ' difficile da
trattare.
Inoltre, l 'uso delle tecniche tradizionali dell 'analisi nonlineare
per trattare problemi di tipo misto richiede informazioni precise sulla
parte lineare che spesso non si trovano in letteratura.
Nell'unità di
ricerca locale ci si e' occupati di sviluppare metodi variazionali e
topologici e contemporaneamente l 'analisi lineare necessaria per
trattare problemi nonlineari di tipo misto ellittico-iperbolico o
degenere. Partendo da un principio di massimo per soluzioni classiche
del problema di Tricomi [ANP], sono stati stabiliti un principio di
massimo compatibile con una nozione di soluzione debole [LP2],
l'esistenza di un autovalore principale [LP3] e stime da sotto per il
raggio spettrale del problema di Tricomi lineare [LP4]. Utilizzando
questi risultati lineari, sono stati mostrati, con l'uso di metodi
topologici, risultati di esistenza ed esistenza con unicità per
problemi di Tricomi semilineari in casi di crescita sottocritica [LP4].
Infatti, sfruttando l 'invarianza della parte lineare rispetto a certe
dilatazioni nonomogenee si e' dimostrata una identità di tipo
Pohozaev,
da cui si e' dedotta l 'esistenza di un fenomeno di esponente critico
di tipo potenza per una grande classe di equazioni di tipo misto e
degenere sotto varie condizioni al bordo di tipo classico e aperto
[LP5].
3) ORBITE PERIODICHE PER PROBLEMI DEGLI N-CORPI
I moti di equilibrio relativo corrispondenti alle configurazioni
centrali sono senza dubbio le piu' note soluzioni periodiche del
problema degli N-corpi ([SM], [MH]) e, oltre a possedere una naturale
equivarianza rispetto ad una azione S^1, sono minimi dell'azione
lagrangiana nella classe dei lacci equivarianti rispetto a tale azione.
In diversi recenti lavori questa idea e' stata generalizzata e sono
state utilizzate le molteplici invarianze dell'equazione degli N-corpi
per costruire nuove traiettorie periodiche tramite un principio
variazionale (cfr [AC, CM, C]). In questo contesto la nostra
unità
locale ha dato diversi contributi ([A1, A2, BT, BFT, FT, VT]). Il
lavoro [FT] fornisce un metodo generale per costruire spazi di lacci
equivarianti adatti all'applicazione di un principio di minima azione
in presenza di simmetrie; inoltre viene stabilito un criterio che
assicura che le traiettorie minimali non abbiano collisioni (parziali o
totali). Nel caso dei 3 corpi si e' potuto andare oltre, estendendo in
[BFT] la classificazione delle simmetrie e dimostrando che i minimi
equivariani non presentano mai collisioni. Nel lavoro [TV] e' stata
infine trattato una caso di una condizione mista geometrico-topologica
che da' luogo a traiettorie minimali non banali e senza collisioni. Il
risultato e' stato ottenuto tramite una particolare tecnica di
geodetiche con ostacolo.
4) ORBITE PERIODICHE PER CATENE DI FERMI-PASTA-ULAM.
Nel 1955 Fermi, Pasta ed Ulam ([FPU]) introdussero il loro celebre
modello di reticolo non lineare, con l'intenzione di verificare
numericamente il principio di equipartizione dell’energia tra i modi
normali (termalizzazione), ed ottenendo invece un risultato in aperta
contraddizione con le loro aspettative. Il tentativo di comprendere le
ragioni di tale comportamento del sistema ha stimolato un'intensa
attività di ricerca, che dai tempi dell`esperimento originario
non ha
conosciuto soste e che ancor oggi e' ben lontana dal potersi
considerare conclusa; una recensione relativamente recente del soggetto
puo' essere trovata in [PR] e [CNA].
Tra i contributi piu' recenti, [R] e [AKT] sono di grande interesse per
il nostro programma. Il primo articolo e' dedicato all'applicabilita'
della teoria KAM, dimostrata analiticamente mediante un uso accorto
delle simmetrie del sistema, che consente di evitare i difficili
problemi di risonanza tra le frequenze proprie dei modi normali. Come
conseguenza, si mostra che il sistema esibisce una dinamica ricca, che
si manifesta con la presenza sia di orbite quasi periodiche, sia di
orbite periodiche di periodo minimo arbitrariamente grande. La nostra
unita' locale ha contribuito al soggetto con il lavoro [AKT]. Oggetto
di questo articolo sono invece le sole orbite periodiche, dal punto di
vista della teoria delle biforcazioni. Tra queste, le ben note orbite
di Lyapunov, ovvero i rami di biforcazione primaria che si originano in
corrispondenza ai sottomultipli delle frequenze proprie dei modi
normali. Nel lavoro si suggerisce la presenza di un originale
meccanismo di biforcazione secondaria, dipendente da interessanti
fenomeni di concentrazione delle frequenze di biforcazione primaria:
l'efficacia del meccanismo viene verificata sperimentalmente, sia dal
punto di vista numerico, sia per mezzo di dimostrazioni assistite dal
calcolatore.
Programma e dei compiti
dell'Unità di Ricerca
1) SISTEMI DI REAZIONE
DIFFUSIONE
Nel breve termine ci proponiamo di estendere alcuni risultati di tipo
Liouville contenuti in [CTV4] al caso della dimensione superiore a 2.
Tali risultati servirebbero a provare la validita' di stime uniformi
delle costanti di Holderianita' nello studio asintotico dei fenomeni di
segregazione per sistemi fortemente competitivi di tipo Lotka-Volterra.
Ci proponiamo di condurre tale analisi anche al caso di coefficienti di
interazione interspecifica non simmetrici. Ci interessa in generale lo
studio delle proprieta' qualitative della configurazione limite di
segregazione ed in particolare la Determinazione di formule di
rappresentazione locale intorno ai punti di molteplicita', sul modello
dei risultati ottenuti in [CTV1,CTV2,CTV3].
Inoltre vorremmo dimostrare l'unicita' dei possibili stati segregati
nel caso di tre popolazioni sul piano. Tale risultato mostrerebbe che,
benche' i modelli competitivi non soddisfino propriamente una principio
di minima energia, tale principio di minimizzazione e' invece
soddisfatto nel limite asintotico. Nel lungo periodo vorremmo
determinare insiemi di condizioni per l'esistenza di soluzioni non
banali per i problemi di Neumann associati al funzionale di energia
degli stati segregati. Nello stesso tempo vorremmo dimostrare che,
nelle vicinanze di tali soluzioni per il problema variazionale esistono
soluzioni stazionarie del sistema dinamico fortemente competitivo.
Infine vorremmo intraprendere lo studio della dinamica associata ai
sistema parabolici di reazione-diffusione.
Un altro argomento di interesse connesso al precedente riguarda
l'analisi di sistemi ellittici e parabolici di tipo reazione-diffusione
non cooperativi (vedi [dFM1,dFM2,MS]). In [dMT] è stato proposto
lo
studio di un sistema di notevole rilevanza applicativa; tale sistema
modella il comportamento di reattori nucleari e lo studio della
stabilità delle soluzioni al variare dei parametri è di
chiaro
interesse. Ci proponiamo di studiare un sistema di equazioni
differenziali di tipo parabolico non cooperativo. Dapprima si
considerano soluzioni di tipo stazionario di cui si vuole dimostrare
l'esistenza o la non esistenza di soluzioni positive, al variare dei
parametri. Inoltre si vuole studiare il comportamento asintotico del
sistema parabolico, dimostrando l'esistenza di un attrattore globale.
2) EQUAZIONI ELLITTICHE SEMILINEARI
2.1) L'equazione di Kuramoto-Sivashinsky
L'equazione di Kuramoto-Sivashinsky descrive differenti sistemi fisici.
Fu introdotta da Kuramoto e Tsuzuki [KT] nel contesto della turbolenza
per un sistema di equazioni di reazione-diffusione e da Sivashinski per
modellare instabilità termiche di diffusione in fronti laminari.
E'
anche stata derivata in diversi altri contesti fisici. In lavori
recenti [ZM, Z1] è stato introdotto un nuovo metodo per
dimostrare
l'esistenza di soluzioni per equazioni nonlineari dissipative. Questo
metodo si basa sull'esistenza di stima a priori autoconsistenti. Come
primo obbiettivo vogliamo dimostrare l'esistenza e studiare le
proprietà di rami di soluzioni stazionarie per l'equazione di
Kuramoto-Sivashinsky estendendo i metodi introdotti in [AKT]. Poi
vorremmo dimostrare l'esistenza di biforcazioni per tali rami: tali
biforcazioni sono ben note, ma solo dal punto di vista numerico. Come
obbiettivo di lungo termine vogliamo studiare l'esistenza di
connessioni omocline o eterocline.
2.2) Equazioni ellittiche nonlineari degeneri con potenziale di Hardy.
Si e' studiato il problema dell'esistenza di soluzioni di equazioni
ellittiche nonlineari degeneri con potenziale di Hardy e crescita
critica su R^N, legate alla disuguaglianza di
Caffarelli-Kohn-Nirenberg. Usando un metodo di riduzione finito
dimensionale, in [FS1] si e` studiato dapprima un problema di
perturbazione, ottenendo oltre a risultati di esistenza, anche un
risultato di "symmetry breaking", che migliora un precedente risultato
di [CW]. Risultati non perturbativi sono stati ottenuti in [FS2]. In
[AFP1] il problema dell'esistenza e della molteplicita' delle soluzioni
per un'equazione ellittica con potenziale di Hardy e nonlinearita'
critica e` stato studiato mediante metodi di
concentrazione-compattezza; estensioni a equazioni quasi-lineari con il
p-laplaciani sono ottenuti in [AFP2]. In [FP] si e' poi dimostrata
l'esistenza di soluzioni che si concentrano in opportuni punti critici
del coefficiente della nonlinearita'. Si vorrebbe approfondire lo
studio di questa classe di equazioni. In particolare un obiettivo a
breve termine consiste nello studio di soluzioni di tipo "torre", cioe'
il cui profilo si ottiene dalla sovrapposizione di "bubbles" con
diversi fattori di riscalamento. Ci si propone di ottenere risultati
applicando il metodo di riduzione finito-dimensionale introdotto in
[AB1], [AB2].
Un altro obiettivo piu' a lungo termine consiste nello studio di
problemi che presentino piu` di una singolarita', motivato da problemi
di interazione di potenziali generati da diversi corpi. Prevediamo di
studiare sia il caso di un numero finito di singolarita' sia il caso
dei reticoli.
2.3) Equazioni e sistemi di Schroedinger nonlineari.
Si studia il problema dell'esistenza di "ground states" per l'equazione
di Schroedinger nonlineare, con particolare attenzione al fenomeno
della concentrazione delle soluzioni quando il parametro di
perturbazione (=costante di Planck) tende a zero, dato che questo
fenomeno implica che le soluzioni si comportano come solitoni con un
pacchetto di energia concentrato e descrive il passaggio dalla
Meccanica Classica alla Meccanica Quantistica. Questo problema e' stato
ampiamente studiato (vedi per esempio [AMN], [AMS], [G], [DF] e molti
altri) soprattutto in presenza di un potenziale che fosse all'infinito
limitato dal basso da una costante positiva. Lo studio di sistemi di
equazioni di Schroedinger nonlineari singolarmente perturbate e'
motivato dalla teoria di Hartree-Fock per un doppio condensato, cioe'
per un sistema di due condensati di Bose-Einstein, vedi [EGBB] e
[HMEWC]. La formulazione matematica del problema conduce alla studio di
una sistema di due equazioni ellittiche nonlineari le cui incognite
sono le ampiezze dei condensati. In [AFM] (in preparazione) si sta
studiato il problema dell'esistenza di "ground states" per l'equazione
di Schroedinger nonlineare nel caso di un potenziale infinitesimo
all'infinito, con l'obiettivo di dimostrare esistenza e concentrazione
dei "ground states". A lungo termine si prevede di studiare i sistemi
di equazioni di Schroedinger nonlineari mediante metodi di tipo
perturbativo, con particolare attenzione allo studio dei fenomeni di
interazione di tipo attrattivo o repulsivo.
2.4) L'equazione di Henon
Il programma di ricerca proposto concerne lo studio di esistenza,
unicita' e proprieta' qualitative delle soluzioni positive
dell'equazione di Henon, e precisamente del problema di Dirichlet
omogeneo su una palla. Il problema riveste una certa importanza in
astrofisica, dove e' stato proposto come modello di distribuzione di
massa nel contesto di cluster stellari a simmetria sferica ([H]).
Ci si propone di indagare l'esistenza di soluzioni positive per
l'equazione di Henon per crescite sopracritiche. Tale studio e'
motivato dai risultati di [N], che valgono nell'ambito delle soluzioni
radiali per crescite ben superiori a quella critica. L'idea principale
e' che la struttura dell'equazione rende possibile lo studio del
problema in classi di funzioni opportunamente simmetriche, ma non
radiali. In tali classi dovrebbe essere possibile ottenere dapprima
risultati di immersione in opportuni spazi di funzioni con peso, anche
in casi sopracritici, e quindi l'esistenza di soluzioni positive non
radiali. Si verrebbe cosi' ad avere la coesistenza di soluzioni
positive radiali e non radiali, che finora e' stata dimostrata soltanto
per crescite minori o uguali a quella critica ([SSW], [S]).
Un tema di ricerca che si vorrebbe sviluppare a piu' lungo termine e'
quello dell'unicita' di soluzioni radiali.
3) EQUAZIONI DI TIPO MISTO E DEGENERI
In [LP5] si e ' dimostrata una identita' di tipo Pohozaev, da cui si e'
dedotta l 'esistenza di un fenomeno di esponente critico di tipo
potenza per una grande classe di equazioni di tipo misto e degenere
sotto varie condizioni al bordo di tipo classico e aperto [LP5] .
Un'analisi completa dei gruppi di simmetria e le leggi di conservazione
assoiciate per equazioni semilineari di tipo misto e degenere che sono
l'equazione di Eulero-Lagrange per una lagrangiana e' stata completata
in [LP6] e produce fenomeni nuovi di esponenti critici. Ci si propone
inanzitutto di continuare lo studio di fenomeni di esponenti critici
per problemi semilineari di tipo misto e degenere. Si ha esistenza di
soluzione non banale per problemi sottocritici [LP4] ma invece per
problemi sopracitici [LP5] o critici [LP6] si ha nonesistenza. Questi
risultati suggeriscono la ricerca di risultati di tipo Brezis-Nirenberg
[BN] in cui si cerca di trovare soluzioni a crescita critica tramite
una perturbazione opportuna di ordine inferiore. Come secondo passo, ci
si propone di studiare problemi lineari di tipo misto con condizioni
chiuse al bordo del tipo Dirichlet/(Neumann). Equazioni differenziali
di tipo Tricomi con queste condizioni al bordo sono usate per
descrivere nel piano odografo la funzione di corrente/(una
perturbazione del potenziale di velocita') nel problema di flusso
transonico attorno un profile alare. Molto poco e' noto sulla esistenza
ed unicita' per questi problemi tranne un risultato per un dominio
molto particolare [M2]. Un'analisi preliminare sembra suggerire che un
metodo di moltiplicatori, sfruttando le invarianze classificate in
[LP6], dovrebbe produrre delle stime a priori sufficienti per mostrare
risultati di esistenza ed unicita' per il problema di Dirichlet per
domini stellati in un senso opportuno. Ci si aspetta una buona teoria
di esistenza ed unicita ' per problemi con condizioni chiuse al bordo
(in collaborazione con C.S. Morawetz, Courant Institute). Questo e' un
progetto a lungo termine. Infine, si propone di combinare il gruppo
conforme di invarianze sviluppato in [LP6] con le espressioni esplicite
di soluzioni fondamentali per l'operatore di Tricomi in [B-NG] per
costruire una funzione di Green per il problema di Tricomi (in
collaborazione con J. Barros-Neto, Rutgers University).
4) ORBITE PERIODICHE PER IL PROBLEMA DEGLI N-CORPI
Il teorema di esistenza ottenuto in [FT], che generalizza gran parte
dei teoremi di esistenza di orbite senza collisioni noti, non consente
di considerare minimi vincolati a sottospazi non lineari dello spazio
dei loop (componenti connesse). Una analisi delle orbite con collisioni
doppie, nel caso dei tre e quattro corpi, e dei relativi livelli di
azione può portare a teoremi di esistenza per minimi locali, e
quindi
di dimostrare l'esistenza di tali minimi (di cui si ha evidenza
numerica). Un nuovo metodo può essere quello di utilizzare la
regolarizzazione di Levi-Civita per determinare proprietà delle
orbite
di collisione (al variare di omega), soddisfacenti i vincoli di
simmetria.
Proseguendo l'analisi iniziata in [BFT], ci si propone inoltre di
classificare i gruppi di simmetrie del funzionale d'azione, in modo
tale da determinare e classificare tutte le orbite simmetriche rispetto
a questi gruppi. La classificazione prevede seguenti i passi: per prima
cosa, si definiscono orbite irriducibili, se la rappresentazione
spaziale del gruppo di simmetrie è irriducibile, e transitive,
se
l'azione sull'insieme degli indici è transitiva. Ogni
rappresentazione
del gruppo di simmetrie del funzionale d'azione si spezza quindi in un
insieme finito di rappresentazioni irriducibili e transitive. Alla fine
del processo, rimangono, per ogni n, solo un numero finito di gruppi di
simmetria, che è possibile elencare con un algoritmo
(implementato in
GAP, se occorre). Intendiamo inoltre avvalerci di dimostrazioni
assistite dal calcolatore per trovare nuove soluzioni. Intendiamo
estendere le tecniche introdotte in [AKT] a questo ambito sviluppando
un metodo compatibile con la presenza di singolarità in modo da
dimostrare alcune rilevanti proprietà delle soluzioni ottenute
in [FT]
con metodi variazionali.
Un punto di vista diverso, che segue le idee introdotte in [MT],
è
quello di considerare una opportuna variazione della categoria di
L"usternik-Schirelmann degli spazi di loop simmetrici. Infatti,
seguendo [FH] e [MT], possibile cercare di calcolare gli anelli di
coomologia degli spazi di loop equivarianti (eventualmente con metodi
di computer algebra), perc poter dimostrare l'esistenza di punti
critici del funzionale d'azione. L'anello di coomologia degli spazi di
loop equivarianti potrebbe essere calcolato con gli strumenti descritti
in [FH], tenuto conto che l'azione del gruppo induce un twisting sui
coefficienti (locali) dei gruppi di comologia. In questo modo è
possibile, dopo aver esplicitamente descritto la struttura cellulare
degli spazi di loop oppure aver calcolato la corrispondente successione
spettrale di Leray-Serre, determinare il cup-length dell'anello di
coomologia (per esempio, per il caso dell'otto), in modo da trovare
altri punti critici oltre ai minimi locali. Inoltre, si può
cercare di
supportare questa teoria con degli esperimenti numerici del tipo
mountain-pass, in modo da verificare, in dimensione finita, il numero
previsto di punti critici.
5) EQUAZIONI DIFFERENZIALI ALMOST PERIODICHE
Le equazioni almost periodiche hanno proprieta` spesso radicalmente
differenti da quelle delle loro parenti piu' prossime, ovvero le
equazioni periodiche: [OT2] e [OT3] contengono alcuni contributi del
nostro gruppo in tale direzione. Tali differenze giustificano le ben
note difficolta' che si incontrano nella ricerca di soluzioni almost
periodiche, tra le quali i celebri tori invarianti della Meccanica
([Mo]). Alcuni interessanti esempi di esistenza "generica"
si possono trovare in [B] e [AOO]. I risultati ottenuti in [B] ed [AOO]
sembrano suggerire che i teoremi di esistenza in ambito periodico,
possano essere tradotto all 'ambito almost periodico solo in senso
"generico": il nostro tentativo e' quello di convalidare oppure
confutare tale intuizione. Presupposto indispensabile per una teoria
generale a riguardo, e' una chiara comprensione delle proprieta`
d'insieme delle soluzioni almost periodiche di una data equazione
differenziale. Tale obiettivo e' ambizioso gia` nel caso scalare, e non
sembra vicino neppure per equazioni lineari. A medio termine,
l'obiettivo e' quello di proseguire l'analisi di casi particolari.
6) ORBITE PERIODICHE PER CATENE DI FERMI PASTA ULAM
Intendiamo fornire una dimostrazione analitica dell'efficacia del
meccanismo di biforcazione secondaria suggerito in [AKT], e li'
verificato solo parzialmente, attraverso tecniche di dimostrazione
assistita dal calcolatore. Un possibbile approccio analitico sara'
presumibilmente di natura variazionale, e richiedera' un' accurata
analisi dell'indice di Morse lungo i rami di biforcazione primaria:
riuscendo ad esibire variazioni nell'indice, avremo ottenuto le
desiderate biforcazioni secondarie ([K]). Il raggiungimento
dell'obiettivo e' quindi subordinato alla comprensione dei seguenti
fatti: (a) quando si verificano i fenomeni di concentrazione delle
frequenze di biforcazione primaria, previsti in [AKT]; (b)come tali
fenomeni di concentrazione sono legati a possibili variazioni
dell'indice di Morse.
A medio termine ci si propone di affrontare il caso piu` semplice di
concentrazione, ovvero quello che coinvolge coppie di frequenze
solamente. Un obiettivo piu` ambizioso, da portare a termine nel lungo
periodo, sara` quello di trattare fenomeni di concentrazione piu'
complessi (ovvero fra piu` di due frequenze), completando l'analisi con
una piu' accurata descrizione delle proprieta` delle soluzioni trovate.
Riferimenti
bibliografici
[AFP1] B. Abdellaoui, V. Felli, I. Peral, to appear in Adv.
Differential Equations.
[AFP2] B. Abdellaoui, V. Felli, I. Peral, preprint (2004).
[ANP] S. Agmon, L. Nirenberg , M. Protter, Comm. Pure Appl. Math
(1953), 455-470.
[ACF] H.W. Alt, L.A. Caffarelli, A. Friedman, Variational problems with
two phases and their free boundaries, Trans. A.M.S. 282 (1984),
431--461
[AB1] A. Ambrosetti, M. Badiale, Ann. Inst. H. Poincare' Anal. Non
Lineaire, 15 (1998), 233-252.
[AB2] A. Ambrosetti, M. Badiale, Proc. Royal Soc. Edinburgh, 128A
(1998), 1131-1161.
[AC] Ambrosetti, Antonio; Coti Zelati, Vittorio, Periodic solutions of
singular Lagrangian systems. Progress in Nonlinear Differential
Equations and their Applications, 10. Birkhäuser Boston,
[AFM] A. Ambrosetti, V. Felli, A. Malchiodi, in preparation.
[AMN] A. Ambrosetti, A. Malchiodi, W.M. Ni, Comm. Math. Phys., 235
(2003), 427-466.
[AMS] A. Ambrosetti, A. Malchiodi, S. Secchi, Arch. Rat. Mech. Anal.,
159 (2001), 253-271.
[AOO] A.I Alonso, R. Obaya, R. Ortega, Proc. Am. Math. Soc. 131 (2002),
851-857
[A1]G. Arioli, Periodic orbits, symbolic dynamics and topological
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