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| ====== Pontos fixos parabólicos ====== | ====== Pontos fixos parabólicos ====== |
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| Se $f$ tem ponto fixo em $z$ e seu multiplicador $\rho$ é da forma $e^{2i\pi\theta}$ com $\theta = p/q \in \mathbb{Q}$, dizemos que $z$ é ponto fixo **racionalmente indiferente** ou **parabólico**. Sem perda de generalidade, trabalharemos com o caso $z = 0$. Então podemos escrever $f(z) = \rho z(1 + bz^r + O(z^{r+1}))$; o número $r$ é chamado de **multiplicidade parabólica** do ponto fixo. Infelizmente, diferente dos casos atrator, super-atrator e repulsor, não temos uma forma canônica simples para $f$ (o melhor que podemos fazer no geral é conjugar $f$ com um mapa $z \mapsto \rho z(1 + bz^r + cz^{2r-1} + O(z^n))$ com $n$ arbitrariamente grande). Ainda assim, podemos entender a dinâmica de $f$ em torno de $0$. Para tanto, defina os **eixos atratores** de $f$ em $0$ como as direções $v$ (pensadas no espaço tangente) para as quais $bv^r \in (-\infty, 0)$, e os **eixos repulsores** como as direções para as quais $bv^r \in (0, \infty)$. Note que (ao considerarmos vetores normais) temos $r$ direções atratoras e $r$ direções repulsoras e todas elas juntas formam um conjunto de $2r$ pontos de $\mathbb{S}^1$ igualmente espaçados; sejam então $v_1, v_2, \dots, v_{2r}$ essas direções em ordem cíclica, onde os índices ímpares são atratores e os índices pares, repulsores (a única escolha que temos a fazer aqui é da direção $v_1$). | Se $f$ tem ponto fixo em $z$ e seu multiplicador $\rho$ é da forma $e^{2i\pi\theta}$ com $\theta = p/q \in \mathbb{Q}$, dizemos que $z$ é ponto fixo **racionalmente indiferente** ou **parabólico**. Sem perda de generalidade, trabalharemos com o caso $z = 0$. Então podemos escrever $f(z) = \rho z(1 + bz^r + O(z^{r+1}))$; o número $r$ é chamado de **multiplicidade parabólica** do ponto fixo. Infelizmente, diferente dos casos atrator, super-atrator e repulsor, não temos uma forma canônica simples para $f$ (o melhor que podemos fazer no geral é conjugar $f$ com um mapa $z \mapsto \rho z(1 + bz^r + cz^{2r-1} + O(z^n))$ com $n$ arbitrariamente grande). Ainda assim, podemos entender a dinâmica de $f$ em torno de $0$. Para tanto, defina os **eixos atratores** de $f$ em $0$ como as direções $v$ (pensadas no espaço tangente) para as quais $bv^r \in (-\infty, 0)$, e os **eixos repulsores** como as direções para as quais $bv^r \in (0, \infty)$. Note que (ao considerarmos vetores normais) temos $r$ direções atratoras e $r$ direções repulsoras e todas elas juntas formam um conjunto de $2r$ pontos de $\mathbb{S}^1$ igualmente espaçados; sejam então $v_1, v_2, \dots, v_{2r}$ essas direções em ordem cíclica, onde os índices ímpares são atratores e os índices pares, repulsores (a única escolha que temos a fazer aqui é da direção $v_1$). Vamos primeiro entender o caso em que $\rho = 1$ (ou seja, o denominador $q$ é igual a $1$): |
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| **Teorema (Flor de Leau-Fatou):** Seja $f(z) = z(1 + bz^r + O(z^{r+1}))$ em vizinhança de $0$ e $v_1, \dots, v_{ | **Teorema (Flor de Leau-Fatou):** Seja $f(z) = z(1 + bz^r + O(z^{r+1}))$ em vizinhança de $0$ e $v_1, \dots, v_{ |
| 2r}$ as direções atratoras e repulsoras de $f$ em $0$. Então existem abertos $\mathcal{P}_1, \dots, \mathcal{P}_{2r}$ e biholomorfismos $\varphi_i: \mathcal{P}_i \to \mathbb{H}_r := \{\}$ | 2r}$ as direções atratoras e repulsoras de $f$ em $0$. Então existem abertos $\mathcal{P}_1, \dots, \mathcal{P}_{2r}$ e mapas conformes $\varphi_i: \mathcal{P}_i \to \mathbb{H}_i$, onde $\mathbb{H}_i = \{z \in \mathbb{C} \ | \ Re(z) > 0\}$ se $i$ é ímpar e $\mathbb{H}_i = \{z \in \mathbb{C} \ | \ Re(z) < 0\}$ se $i$ é par, tais que: |
| | - $0 \in \partial \mathcal{P}_i$ e $\cup_{i=1}^{2r}\mathcal{P}_i\cup \{0\}$ é uma vizinhança de $0$; |
| | - $\mathcal{P}_i\cap \mathcal{P}_j \neq \emptyset$ se e só se $i - j = \pm 1 \mod(2r)$; |
| | - $f(\mathcal{P}_i) \subset \mathcal{P}_i$ se $i$ é ímpar e $\mathcal{P}_i \subset f(\mathcal{P}_i)$ se $i$ é par; |
| | - $\varphi_i$ conjuga a ação de $f$ em $\mathcal{P}_i$ com a de $z \mapsto z + 1$ em $\mathbb{H}_i$; |
| | - $f^n(z) \xrightarrow{} 0$ pela direção $v_i$ se $z \in \mathcal{P}_i$ e $i$ é ímpar; |
| | - $f^{-n}(z) \xrightarrow{} 0$ pela direção $v_i$ se $z \in \mathcal{P}_i$ e $i$ é par; |
| | - os mapas $\varphi_i$ são únicos a menos de composição com translação. |
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| Suponha agora que a origem é um ponto fixo para $f$ de período $k$ e cujo multiplicador é da forma $\rho = e^{2i\pi\frac{p}{q}}$, onde $p$ e $q$ são primos relativos. Assim, $f^{kq}$ é tangente à identidade em $0$, isto é $(f^{kq})'(0) = 1 $. Podemos então encontrar $2Q$ direções partindo da origem, metade delas atratoras e metade repulsoras, e vamos chamá-las de **eixos atratores** e **eixos repulsores**. Aqui, $Q$ é um múltiplo de $q$ com a seguinte propriedade fundamental: se $z\rightarrow 0$ ao longo de um eixo atrator (resp. repulsor), então $f^{kq}(z)\rightarrow 0$ (resp. $f^{-kq}(z)\rightarrow 0$). Estes eixos são determinados da seguinte maneira: | A demonstração segue uma ideia similar aos teoremas de Koenigs e Böttcher (encontrar sequência de semi-conjugações que converge para uma conjugação verdadeira), mas isso é aplicado apenas após uma mudança de coordenadas do tipo $z \mapsto -1/brz^r$, que manda $0$ em $\infty$ (note que essa função não é uma mudança de coordenadas de fato, já que tem grau $r$; entendemos essa mudança de coordenadas em "setores" em torno de $0$ que cobrem o plano menos uma das semi-retas $\mathbb{R}_+$ ou $\mathbb{R}_-$, dependendo se estamos no caso atrator ou repulsor). Embora a ideia seja a mesma, as contas para demonstrar convergência da sequência de semi-conjugações é muito mais fina neste caso. Os $\mathcal{P}_i$ com $i$ ímpar são chamados de **pétalas atratoras**, enquanto que os com $i$ par são **pétalas repulsoras**. Por argumentos similares aos que concluem existência de ponto crítico em bacia de atração do infinito, obtemos: |
| escrevendo $f^{kq}$ em série , temos que $f^{kq}(z) = z(1+cz^{Q}+\mathcal{O}(z^{Q+1}))$, para algum $c\neq 0$, e $Q\geq 1$. Assim, os valores de $z$ para os quais a expressão $cz^{Q}$ é um número real negativo (resp. positivo) formam o eixo atrator (resp. eixo repulsor). | |
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| | **Corolário:** Cada pétala atratora contém um ponto crítico. |
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| **Corolário:** A bacia imediata de um ciclo parabólico sempre contém um ponto crítico. | Voltemos agora ao caso em que o multiplicador é $\rho = e^{2\pi ip/q}$ para qualquer $q \geq 1$. Então o mapa $f^q$ tem $0$ como ponto fixo parabólico com multiplicador $1$, e vale o teorema da flor de Leau-Fatou. Como a derivada de $f$ é $\rho$, ela age por rotação nas direções atratoras em torno do $0$, e essa ação tem ordem exatamente $q$. Isso significa que as $r$ pétalas atratoras são divididas em ciclos de $q$ pétalas permutadas pela ação de $f$. Sabendo que cada pétala contém um ponto crítico de $f^q$, podemos concluir daí que cada ciclo de $q$ pétalas contém um ponto crítico de $f$. No caso em que $f$ é um polinômio, ela tem no máximo $d - 1$ pontos críticos no plano, e portanto tiramos que: |
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| **Corolário:** $Q = \nu q$, $\nu \in \{1, \dots, d - 1\}$. | **Corolário:** $r = \nu q$, $\nu \in \{1, \dots, d - 1\}$. |
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| A derivada $z\mapsto \rho z$ age nos eixos dinâmicos, levando eixos repulsores em eixos repulsores, e eixos atratores em eixos atratores. Seja $L$ um eixo atrator; então existem pontos $z$ tais que $f^{kqn}(z)\rightarrow 0$ tangencialmente a $L$, e este conjunto de pontos, digamos $A_{L}$, é um aberto que contém $0$ em sua fronteira. Chamamos $A_{L}$ de bacia de atração de $0$ associada a $L$; a bacia imediada de um ponto fixo parabólico então é a união das componentes conexas de cada $A_L$, $L$ direção atratora, que têm $0$ em sua fronteira. | No caso em que o ponto é periódico de período $k$ e o ciclo é racionalmente indiferente, temos um conjunto de pétalas em torno de cada ponto do ciclo, que são permutadas entre si pelo mapa $f^k$, e que são fixadas pelo mapa $f^{qk}$. |
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