Morse–Smale diffemorphisms with non-wandering points with pairwise different indices on 3-manifolds
- Авторлар: Pochinka O.V.1, Talanova E.A.2
-
Мекемелер:
- HSE University
- National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod
- Шығарылым: Том 79, № 1 (2024)
- Беттер: 135-184
- Бөлім: Articles
- URL: https://ogarev-online.ru/0042-1316/article/view/251783
- DOI: https://doi.org/10.4213/rm10141
- ID: 251783
Дәйексөз келтіру
Аннотация
In this paper, we consider a class $G$ of orientation-preserving Morse-Smale diffeomorphisms $f$, which are defined on a closed 3-manifold $M^3$ and whose non-wandering set consists of four fixed points with pairwise different Morse indices. It follows from the results of the work of S. Smale and K. Meyer that all gradient-like flows with similar properties have a Morse energy function with four critical points of pairwise different Morse indices. This means that the supporting manifold $M^3$ for these flows admits a Heegaar decomposition of genus 1 and, therefore, it is homeomorphic to the lens space $L_{p, q}$. Despite the simple structure of the non-wandering set of diffeomorphisms in the class $G$, there are diffeomorphisms with wildly embedded separatrices. According to the results of V. Grines, F. Laudenbach, O. Pochinka, such diffeomorphisms do not have an energy function, and the question of the topology of their ambient manifold remains open. According to the results of V. Grines, E. Zhuzhoma and V. Medvedev, $M^3$ is homeomorphic to the lens space $L_{p, q}$ in the case of tame embedding of closures of one-dimensional separatrices of the diffeomorphism $f\in G$. Moreover, the wandering set of the diffeomorphism $f$ contains at least $p$ of non-compact heteroclinic curves. In this paper, a similar result is obtained for arbitrary diffeomorphisms of the class $G$. Diffeomorphisms from the class $G$ with wild embedding of one-dimensional separatrices are constructed on each lens space $L_{p, q}$. Such examples were previously known only on the 3-sphere. It is also established that the topological conjugacy of diffeomorphisms of class $G$ with a single non-compact heteroclinic curve is completely determined by the equivalence of Hopf knots, which are the projection of a one-dimensional saddle separatrix into the space of the orbits of the sink basin. Moreover, any Hopf knot $L$ is realized by such a diffeomorphism. In this sense, the result obtained is similar to classification of D. Pixton's diffeomorphisms obtained by Ch. Bonatti and V. Grines.
Негізгі сөздер
Авторлар туралы
Olga Pochinka
HSE University
Email: olga-pochinka@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6587-5305
Doctor of physico-mathematical sciences, no status
Elena Talanova
National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod
Email: eltalanova72@gmail.com
Әдебиет тізімі
- V. S. Afraimovich, M. I. Rabinovich, P. Varona, “Heteroclinic contours in neural ensembles and the winnerless competition principle”, Internat. J. Bifur. Chaos Appl. Sci. Engrg., 14:4 (2004), 1195–1208
- P. M. Akhmet'ev, T. V. Medvedev, O. V. Pochinka, “On the number of the classes of topological conjugacy of Pixton diffeomorphisms”, Qual. Theory Dyn. Syst., 20:3 (2021), 76, 15 pp.
- А. Андронов, Л. С. Понтрягин, “Грубые системы”, Докл. АН СССР, 14:5 (1937), 247–250
- А. Н. Безденежных, В. З. Гринес, “Динамические свойства и топологическая классификация градиентноподобных диффеоморфизмов на двумерных многообразиях. I”, Методы качественной теории дифференциальных уравнений, Межвуз. темат. сб. науч. тр., Горьк. гос. ун-т, Горький, 1984, 22–38
- А. Н. Безденежных, В. З. Гринес, “Реализация градиентноподобных диффеоморфизмов двумерных многообразий”, Дифференциальные и интегральные уравнения, Сб. науч. тр., Изд-во Горьковск. ун-та, Горький, 1985, 33–37
- А. Н. Безденежных, В. З. Гринес, “Динамические свойства и топологическая классификация градиентноподобных диффеоморфизмов на двумерных многообразиях. II”, Методы качественной теории дифференциальных уравнений, Межвуз. темат. сб. науч. тр., Изд-во Горьковск. ун-та, Горький, 1987, 24–31
- C. Bonatti, V. Z. Grines, “Knots as topological invariant for gradient-like diffeomorphisms of the sphere $S^3$”, J. Dynam. Control Systems, 6:4 (2000), 579–602
- Ch. Bonatti, V. Grines, F. Laudenbach, O. Pochinka, “Topological classification of Morse–Smale diffeomorphisms without heteroclinic curves on 3-manifolds”, Ergodic Theory Dynam. Systems, 39:9 (2019), 2403–2432
- Х. Бонатти, В. З. Гринес, В. C. Медведев, Е. Пеку, “О диффеоморфизмах Морса–Смейла без гетероклинических пересечений на трехмерных многообразиях”, Дифференциальные уравнения и динамические системы, Сборник статей. К 80-летию со дня рождения академика Евгения Фроловича Мищенко, Труды МИАН, 236, Наука, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2002, 66–78
- C. Bonatti, V. Grines, V. Medvedev, E. Pecou, “Three-manifolds admitting Morse–Smale diffeomorphisms without heteroclinic curves”, Topology Appl., 117:3 (2002), 335–344
- C. Bonatti, V. Grines, V. Medvedev, E. Pecou, “Topological classification of gradient-like diffeomorphisms on 3-manifolds”, Topology, 43:2 (2004), 369–391
- Х. Бонатти, В. З. Гринес, О. В. Починка, “Классификация диффеоморфизмов Морса–Смейла с конечным множеством гетероклинических орбит на 3-многообразиях”, Докл. РАН, 396:4 (2004), 439–442
- Х. Бонатти, В. З. Гринес, О. В. Починка, “Реализация диффеоморфизмов Морса–Смейла на $3$-многообразиях”, Порядок и хаос в динамических системах, Сборник статей. К 80-летию со дня рождения академика Дмитрия Викторовича Аносова, Труды МИАН, 297, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2017, 46–61
- C. Bonatti, V. Grines, O. Pochinka, “Topological classification of Morse–Smale diffeomorphisms on 3-manifolds”, Duke Math. J., 168:13 (2019), 2507–2558
- C. Bonatti, R. Langevin, Diffeomorphismes de Smale des surfaces, With the collaboration of E. Jeandenans, Asterisque, 250, Soc. Math. France, Paris, 1998, viii+235 pp.
- G. Fleitas, “Classification of gradient-like flows on dimensions two and three”, Bol. Soc. Brasil. Mat., 6:2 (1975), 155–183
- В. З. Гринес, “Топологическая классификация диффеомоpфизмов Моpса–Смейла с конечным множеством гетеpоклинических тpаектоpий на повеpхностях”, Матем. заметки, 54:3 (1993), 3–17
- В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, “Комбинаторный инвариант градиентно-подобных потоков на связной сумме $mathbb S^{n-1}times mathbb S^1$”, Матем. сб., 214:5 (2023), 97–127
- В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, “Топологическая классификация потоков без гетероклинических траекторий на связной сумме многообразий $mathbb{S}^{n-1}times mathbb{S}^{1}$”, УМН, 77:4(466) (2022), 201–202
- В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, О. В. Починка, “Энергетическая функция градиентно-подобных потоков и проблема топологической классификации”, Матем. заметки, 96:6 (2014), 856–863
- В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, О. В. Починка, “О включении диффеоморфизмов Морса–Смейла на сфере в топологический поток”, УМН, 71:6(432) (2016), 163–164
- В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, Е. В. Жужома, О. В. Починка, “Классификация систем Морса–Смейла и топологическая структура несущих многообразий”, УМН, 74:1(445) (2019), 41–116
- В. З. Гринес, Х. Х. Калай, “О топологической классификации градиентноподобных диффеоморфизмов на неприводимых трехмерных многообразиях”, УМН, 49:2(296) (1994), 149–150
- В. З. Гринес, С. Х. Капкаева, О. В. Починка, “Трехцветный граф как полный топологический инвариант для градиентно-подобных диффеоморфизмов поверхностей”, Матем. сб., 205:10 (2014), 19–46
- V. Z. Grines, T. V. Medvedev, O. V. Pochinka, Dynamical systems on 2- and 3-manifolds, Dev. Math., 46, Springer, Cham, 2016, xxvi+295 pp.
- V. Grines, T. Medvedev, O. Pochinka, E. Zhuzhoma, “On heteroclinic separators of magnetic fields in electrically conducting fluids”, Phys. D, 294 (2015), 1–5
- V. Grines, O. Pochinka, “On topological classification of Morse–Smale diffeomorphisms”, Dynamics, games and science. II (Univ. of Minho, Braga, 2008), Springer Proc. Math., 2, Springer, Heidelberg, 2011, 403–427
- В. З. Гринес, О.В. Починка, “Каскады Морса–Смейла на 3-многообразиях”, УМН, 68:1(409) (2013), 129–188
- В. З. Гринес, Е. В. Жужома, В. С. Медведев, “Новые соотношения для систем Морса–Смейла с тривиально вложенными одномерными сепаратрисами”, Матем. сб., 194:7 (2003), 25–56
- В. З. Гринес, Е. В. Жужома, В. С. Медведев, О. В. Починка, “Глобальные аттрактор и репеллер диффеоморфизмов Морса–Смейла”, Дифференциальные уравнения и топология. II, Сборник статей. К 100-летию со дня рождения академика Льва Семеновича Понтрягина, Труды МИАН, 271, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2010, 111–133
- В. З. Гринес, Е. В. Жужома, О. В. Починка, “Динамические системы и топология магнитных полей в проводящей среде”, Дифференциальные и функционально-дифференциальные уравнения, СМФН, 63, № 3, РУДН, М., 2017, 455–474
- В. Гуревич, Г. Волмэн, Теория размерности, ИЛ, М., 1948, 232 с.
- P. Kirk, C. Livingston, “Knot invariants in 3-manifolds and essential tori”, Pacific J. Math., 197:1 (2001), 73–96
- V. E. Kruglov, D. S. Malyshev, O. V. Pochinka, D. D. Shubin, “On topological classification of gradient-like flows on an $n$-sphere in the sense of topological conjugacy”, Regul. Chaotic Dyn., 25:6 (2020), 716–728
- Е. В. Круглов, Е. А. Таланова, “О реализации диффеоморфизмов Морса–Смейла с гетероклиническими кривыми на трехмерной сфере”, Дифференциальные уравнения и динамические системы, Сборник статей. К 80-летию со дня рождения академика Евгения Фроловича Мищенко, Труды МИАН, 236, Наука, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2002, 212–217
- Е. А. Леонтович, А. Г. Майеp, “О тpаектоpиях, опpеделяющих качественную стpуктуpу pазбиения сфеpы на тpаектоpии”, Докл. АН СССP, 14:5 (1937), 251–257
- Е. А. Леонтович, А. Г. Майеp, “О схеме, опpеделяющей топологическую стpуктуpу pазбиения на тpаектоpии”, Докл. АН СССP, 103:4 (1955), 557–560
- D. Malyshev, A. Morozov, O. Pochinka, “Combinatorial invariant for Morse–Smale diffeomorphisms on surfaces with orientable heteroclinic”, Chaos, 31:2 (2021), 023119, 17 pp.
- B. Mazur, “A note on some contractible 4-manifolds”, Ann. of Math. (2), 73:1 (1961), 221–228
- Дж. Милнор, Теорема об $h$-кобордизме, Мир, М., 1969, 115 с.
- Т. М. Митрякова, О. В. Починка, “О необходимых и достаточных условиях топологической сопряженности диффеоморфизмов поверхностей с конечным числом орбит гетероклинического касания”, Дифференциальные уравнения и динамические системы, Сборник статей, Труды МИАН, 270, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2010, 198–219
- J. Munkres, “Obstructions to the smoothing of piecewise-differentiable homeomorphisms”, Ann. of Math. (2), 72:3 (1960), 521–554
- W. D. Neumann, “Notes on geometry and 3-manifolds”, Low dimensional topology (Eger, 1996/Budapest, 1998), Bolyai Soc. Math. Stud., 8, Janos Bolyai Math. Soc., Budapest, 1999, 191–267
- А. А. Ошемков, В. В. Шарко, “О классификации потоков Морса–Смейла на двумерных многообразиях”, Матем. сб., 189:8 (1998), 93–140
- J. Palis, “On Morse–Smale dynamical systems”, Topology, 8:4 (1969), 385–404
- Дж. Пали, С. Смейл, “Теоремы структурной устойчивости”, Математика, 13:2 (1969), 145–155
- M. M. Peixoto, “Structural stability on two-dimensional manifolds”, Topology, 1:2 (1962), 101–120
- M. Peixoto, “Structural stability on two-dimensional manifolds: a further remark”, Topology, 2:1-2 (1963), 179–180
- M. M. Peixoto, “On the classification of flows on 2-manifolds”, Dynamical systems (Univ. Bahia, Salvador, 1971), Academic Press, Inc., New York–London, 1973, 389–419
- С. Ю. Пилюгин, “Фазовые диаграммы, определяющие системы Морса–Смейла без периодических траекторий на сферах”, Дифференц. уравнения, 14:2 (1978), 245–254
- D. Pixton, “Wild unstable manifolds”, Topology, 16:2 (1977), 167–172
- O. Pochinka, “Diffeomorphisms with mildly wild frame of separatrices”, Univ. Iagel. Acta Math., 47 (2009), 149–154
- О. В. Починка, Д. Д. Шубин, “Неособые потоки Морса–Смейла с тремя периодическими орбитами на ориентируемых $3$-многообразиях”, Матем. заметки, 112:3 (2022), 426–443
- O. V. Pochinka, D. D. Shubin, “Non-singular Morse–Smale flows on $n$-manifolds with attractor-repeller dynamics”, Nonlinearity, 35:3 (2022), 1485–1499
- О. В. Починка, Е. А. Таланова, “Минимизация числа гетероклинических кривых 3-диффеоморфизма с неподвижными точками, имеющими попарно различные индексы Морса”, ТМФ, 215:2 (2023), 311–317
- O. Pochinka, E. Talanova, On the topology of 3-manifolds admitting Morse–Smale diffeomorphisms with four fixed points of pairwise different Morse indices, Cornell Univ., Working paper, 2023, 30 pp.
- О. В. Починка, Е. А. Таланова, Д. Д. Шубин, “Узел как полный инвариант 3-диффеоморфизмов Морса–Смейла с четырьмя неподвижными точками”, Матем. сб., 214:8 (2023), 94–107
- E. R. Priest, Solar magneto-hydrodynamics, D. Reidel Publishing Co., Dordrecht, 1982, xix+469 pp.
- E. Priest, T. Forbes, Magnetic reconnection. MHD theory and applications, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2000, xii+600 pp.
- А. О. Пришляк, “Полный топологический инвариант потоков Морса–Смейла и разложений на ручки трехмерных многообразий”, Фундамент. и прикл. матем., 11:4 (2005), 185–196
- D. Rolfsen, Knots and links, Math. Lecture Ser., 7, Corr. reprint of the 1976 original, Publish or Perish, Inc., Houston, TX, 1990, xiv+439 pp.
- В. И. Шмуклер, О. В. Починка, “Бифуркации, меняющие тип гетероклинических кривых 3-диффеоморфизма Морса–Смейла”, ТВИМ, 2021, № 1, 101–114
- Д. Д. Шубин, “Топология несущих многообразий несингулярных потоков с тремя нескрученными орбитами”, Изв. вузов. ПНД, 29:6 (2021), 863–868
- С. Смейл, “Неравенства Морса для динамических систем”, Математика, 11:4 (1967), 79–87
- Я. Л. Уманский, “Необходимые и достаточные условия топологической эквивалентности трехмерных динамических систем Морса–Смейла с конечным числом особых траекторий”, Матем. сб., 181:2 (1990), 212–239
Қосымша файлдар
