Simultaneous Bifurcation of Limit Cycles and Critical Periods

Altres ajuts: Acord transformatiu CRUE-CSICThe present work introduces the problem of simultaneous bifurcation of limit cycles and critical periods for a system of polynomial differential equations in the plane. The simultaneity concept is defined, as well as the idea of bi-weakness in the return map and the period function. Together with the classical methods, we present an approach which uses the Lie bracket to address the simultaneity in some cases. This approach is used to find the bi-weakness of cubic and quartic Liénard systems, the general quadratic family, and the linear plus cubic homogeneous family. We finish with an illustrative example by solving the problem of simultaneous bifurcation of limit cycles and critical periods for the cubic Liénard family

Complex oscillations with multiple timescales - Application to neuronal dynamics

The results gathered in this thesis deal with multiple time scale dynamical systems near non-hyperbolic points, giving rise to canard-type solutions, in systems of dimension 2, 3 and 4. Bifurcation theory and numerical continuation methods adapted for such systems are used to analyse canard cycles as well as canard-induced complex oscillations in three-dimensional systems. Two families of such complex oscillations are considered: mixed-mode oscillations (MMOs) in systems with two slow variables, and bursting oscillations in systems with two fast variables. In the last chapter, we present recent results on systems with two slow and two fast variables, where both MMO-type dynamics and bursting-type dynamics can arise and where complex oscillations are also organised by canard solutions. The main application area that we consider here is that of neuroscience, more precisely low-dimensional point models of neurons displaying both sub-threshold and spiking behaviour. We focus on analysing how canard objects allow to control the oscillatory patterns observed in these neuron models, in particular the crossings of excitability thresholds

Regenerative memory in time-delayed neuromorphic photonic resonators

We investigate a photonic regenerative memory based upon a neuromorphic oscillator with a delayed self-feedback (autaptic) connection. We disclose the existence of a unique temporal response characteristic of localized structures enabling an ideal support for bits in an optical buffer memory for storage and reshaping of data information. We link our experimental implementation, based upon a nanoscale nonlinear resonant tunneling diode driving a laser, to the paradigm of neuronal activity, the FitzHugh-Nagumo model with delayed feedback. This proof-of-concept photonic regenerative memory might constitute a building block for a new class of neuron-inspired photonic memories that can handle high bit-rate optical signals

Small amplitude limit cycles for the polynomial Liénard system

AbstractWe estimate for the maximal number of limit cycles bifurcating from a focus for the Liénard equation x¨+f(x)x˙+g(x)=0, where f and g are polynomials of degree m and n respectively. These estimates are quadratic in m and n and improve the existing bounds. In the proof we use methods of complex algebraic geometry to bound the number of double points of a rational affine curve

On the number of limit cycles in piecewise linear Liénard systems

International audienceIn a previous paper [Tonnelier, 2002] we conjectured that a Liénard system of the form x' = p(x) − y, y' = x where p is piecewise linear on n + 1 intervals has up to 2n limit cycles. We construct here a general class of functions p satisfying this conjecture. Limit cycles are obtained from the bifurcation of the linear center

Qualitative Analysis of Solutions to the Semiclassical Einstein Equation in homogeneous and isotropic Spacetimes

In der vorliegenden Arbeit werden Methoden aus der Theorie der dynamischen Systeme verwendet, um das qualitative Verhalten von Lösungen der semiklassischen Einsteingleichung für Friedmann-Lamaître-Robertson-Walker Raumzeiten zu untersuchen. Es werden ausschließlich masselose und konform gekoppelte Quantenfelder betrachtet. Bei der Renormierung des Energie-Impuls-Tensors solcher Quantenfelder treten Ambiguitäten auf, die sich als freie Parameter in der semiklassischen Einsteingleichung manifestieren. Mit Hilfe der Theorie der dynamischen Systeme ist es möglich, Lösungen nach ihren qualitativen Verhalten zu klassifizieren und dadurch Argumente für oder gegen bestimmte Werte der Renormierungskonstanten herauszuarbeiten. Befindet sich das Quantenfeld im konformen Vakuumzustand, erhält man ein zweidimensionales dynamisches System. Für dieses dynamische System werden die strukturell stabilen Fälle und Bifurkationsdiagramme herausgearbeitet, sowie das globale Stabilitätsverhalten der Minkowski und De-Sitter Gleichgewichtspunkte. Mittels dieser Analyse wird das qualitative Verhalten der semiklassischenLösungen mit dem qualitativen Verhalten der Lösungen des Lambda-CDM Modells der Kosmologie verglichen. Es zeigt sich, dass das semiklassische Modell in der Lage ist das qualitative Verhalten von Lösungen des klassischen Lambda-CDM Modells wiederzugeben. Weiterhin wird gezeigt, das im Vakuumfall Lösungen existieren, welche sich, im Gegensatz zu Lösungen des klassischen Lambda-CDM Modells, im Allgemeinen nicht eindeutig durch ihre Anfangsdaten bestimmen lassen. Um dieses atypische Verhalten aufzulösen müssen die Trajektorien dieser Lösungen in einem dreidimensionalen Phasenraum betrachtet werden.Das entsprechende dreidimensionale dynamische System beschreibt das dynamische Verhalten der Lösungen für beliebige Quantenzustände. Für allgemeine Quantenzustände wird die lokale (Lyapunov-) Stabilität der Gleichgewichtspunkte untersucht und für eine spezielle Wahl der Renormierungskonstanten und des Quantenzustandes neue Lösungen gefunden und mit Lösungen des klassischen Lambda-CDM Modells verglichen. Auch hier besteht eine qualitative Äquivalenz