An implicit algorithm for validated enclosures of the solutions to variational equations for ODEs

We propose a new algorithm for computing validated bounds for the solutions to the first order variational equations associated to ODEs. These validated solutions are the kernel of numerics computer-assisted proofs in dynamical systems literature. The method uses a high-order Taylor method as a predictor step and an implicit method based on the Hermite-Obreshkov interpolation as a corrector step. The proposed algorithm is an improvement of the $C^1$-Lohner algorithm proposed by Zgliczy\'nski and it provides sharper bounds. As an application of the algorithm, we give a computer-assisted proof of the existence of an attractor set in the R\"ossler system, and we show that the attractor contains an invariant and uniformly hyperbolic subset on which the dynamics is chaotic, that is, conjugated to subshift of finite type with positive topological entropy.Comment: 33 pages, 11 figure

CAPD::DynSys: a flexible C++ toolbox for rigorous numerical analysis of dynamical systems

We present the CAPD::DynSys library for rigorous numerical analysis of dynamical systems. The basic interface is described together with several interesting case studies illustrating how it can be used for computer-assisted proofs in dynamics of ODEs.Comment: 25 pages, 4 figures, 11 full C++ example

Análisis, construcción, simulación y sincronización de circuitos electrónicos prototipos de Caos

El proyecto tiene como objetivo el estudio de siete Sistemas Dinámicos, yendo de los que son paradigma de Caos a los más complejos, y sus posibles aplicaciones en comunicaciones privadas, bioingeniería y comunicaciones ópticas. El conjunto de sistemas seleccionados incluye algunos ejemplos paradigmáticos de Dinámicas Caóticas, así como nuevas propuestas, tanto de do sistemas básicos como de un sistema que tiene soluciones más complejas, nunca antes estudiados. Se logrará, de esta manera, realizar un completo recorrido desde los osciladores no-lineales más simples (como el de Van Der Pol), hasta los sistemas de mayor complejidad (como son las dinámicas hipercaóticas). El estudio consiste, en primer lugar, en identificar los métodos de análisis específicos del Caos, que permiten poner de manifiesto su carácter y propiedades (a lo que se dedicará el capítulo 1). Tras ello (Capítulo 2 y 3), se desarrollan, estudian y analizan los sistemas mediante simulaciones numéricas de la dinámica de los citados sistemas utilizando el software matemático MATLAB. En una segunda parte (que abarca la primera mitad del Capítulo 4), se implementan los circuitos electrónicos de los citados sistemas, y se simula su comportamiento mediante un software profesional. En una tercera parte (coincidente con la segunda mitad del Capítulo 4 y el Capítulo 5 completo), se construyen físicamente los sistemas fundamentales y sus extensiones, con el objetivo de caracterizar su comportamiento. Además, se desarrolla una aplicación software con entorno gráfico para el análisis sistemático de las dinámicas objeto de estudio. Finalmente, y con el objetivo de aplicar los Sistemas Dinámicos caóticos tanto a Comunicaciones Seguras como a Bioingeniería, este proyecto presenta un estudio de los citados sistemas para su uso en Comunicaciones Seguras, en el capítulo 6. Por otro lado, el oscilador de Van Der Pol no sólo es un sistema paradigma de Caos por la riqueza de su dinámica caótica, sino también por su interés en la simulación del corazón humano tanto en régimen regular, como en régimen caótico. Este análisis se desarrolla en el Capítulo 3