A theorem outlined by Kolmogorov (1954) which was subsequently proved in the 1960s by Arnol'd (1963) and Moser (1962; Tabor 1989, p. 105). It gives conditions under which chaos is restricted in extent. Moser's 1962 proof was valid for twist maps

			(1)
			(2)

Arnol'd (1963) produced a proof for Hamiltonian systems

(3)

The original theorem required perturbations , although this has since been significantly increased. Arnol'd's proof required , and Moser's original proof required . Subsequently, Moser's version has been reduced to , then , although counterexamples are known for . Conditions for applicability of the KAM theorem are:

1. small perturbations,

2. smooth perturbations, and

3. sufficiently irrational map winding number.

Moser considered an integrable Hamiltonian function  with a torus  and set of frequencies  having an incommensurate frequency vector  (i.e.,  for all integers ). Let  be perturbed by some periodic function . The KAM theorem states that, if  is small enough, then for almost every  there exists an invariant torus  of the perturbed system such that  is "close to" . Moreover, the tori  form a set of positive measures whose complement has a measure which tends to zero as . A useful paraphrase of the KAM theorem is, "For sufficiently small perturbation, almost all tori (excluding those with rational frequency vectors) are preserved." The theorem thus explicitly excludes tori with rationally related frequencies, that is,  conditions of the form

(4)

These tori are destroyed by the perturbation. For a system with two degrees of freedom, the condition of closed orbits is

(5)

For a quasiperiodic map orbit,  is irrational. KAM shows that the preserved tori satisfy the irrationality condition

(6)

for all  and , although not much is known about .

The KAM theorem broke the deadlock of the small divisor problem in classical perturbation theory, and provides the starting point for an understanding of the appearance of chaos. For a Hamiltonian system, the isoenergetic nondegeneracy condition

(7)

guarantees preservation of most invariant tori under small perturbations . The Arnol'd version states that

(8)

for all . This condition is less restrictive than Moser's, so fewer points are excluded.

REFERENCES:

Arnol'd, V. I. "Proof of a Theorem of A. N. Kolmogorov on the Preservation of Conditionally Periodic Motions under a Small Perturbation of the Hamiltonian." Uspehi Mat. Nauk 18, 13-40, 1963.

Kolmogorov, A. N. "On Conservation of Conditionally Periodic Motions for a Small Change in Hamilton's Function." Dokl. Akad. Nauk SSSR 98, 527-530, 1954.

Moser, J. "On Invariant Curves of Area-Preserving Mappings of an Annulus." Nachr. Akad. Wiss. Göttingen Math.-Phys. Kl. II, 1-20, 1962.

Tabor, M. Chaos and Integrability in Nonlinear Dynamics: An Introduction. New York: Wiley, 1989.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

سماحة السيد الصافي يكرم عددًا من عوائل الشهداء ضمن فعاليات مهرجان روح النبوة النسوي العالمي الثامن

إحدى أمهات الشهداء: نعتز بتضحيات أبنائنا ونفتخر بشهادتهم دفاعًا عن الدين والمقدسات

ضمن فعاليات مهرجان روح النبوة… عرض فيلم يوثق نشاطات الشعب النسوية في العتبة العباسية المقدسة

فعاليات مهرجان روح النبوة الثقافي تشهد تقديم أوبريت الثقلين القرآني

المزيد

الآخبار الصحية

ماذا يحدث لجسمك عند تناول الوجبات السريعة يوميا؟

لصحة عظام المرأة.. الشاي أفضل أم القهوة؟

لبناء العضلات وإنقاص الوزن.. ما أفضل توقيت لتناول البيض؟

أطعمة صحية تساعد على التعافي من "الإنفلونزا الخارقة"

المزيد

الآخبار التكنلوجية

دراسة تكشف قدرة الحيتان على سماع الأصوات منخفضة وعالية التردد من مسافة بعيدة

تجربة جديدة: الأسفلت المدعوم بالطحالب يقاوم الحفر ويقلل الانبعاثات الكربونية

تسريبات تكشف ملامح أول هاتف قابل للطي من "أبل"

رصد نوع نادر من القطط في تايلاند للمرة الأولى منذ عقود

المزيد