63
IRUS Total
Downloads
  Altmetric

The dichotomy spectrum for random dynamical systems and pitchfork bifurcations with additive noise

File Description SizeFormat 
randombif_revison_final.pdfAccepted version193.59 kBAdobe PDFView/Open
Title: The dichotomy spectrum for random dynamical systems and pitchfork bifurcations with additive noise
Authors: Callaway, M
Doan, TS
Lamb, JSW
Rasmussen, M
Item Type: Journal Article
Abstract: We develop the dichotomy spectrum for random dynamical systems and demonstrate its use in the characterization of pitchfork bifurcations for random dynamical systems with additive noise. Crauel and Flandoli (J. Dynam. Differential Equations10 (1998) 259–274) had shown earlier that adding noise to a system with a deterministic pitchfork bifurcation yields a unique attracting random equilibrium with negative Lyapunov exponent throughout, thus “destroying” this bifurcation. Indeed, we show that in this example the dynamics before and after the underlying deterministic bifurcation point are topologically equivalent. However, in apparent paradox to (J. Dynam. Differential Equations10 (1998) 259–274), we show that there is after all a qualitative change in the random dynamics at the underlying deterministic bifurcation point, characterized by the transition from a hyperbolic to a non-hyperbolic dichotomy spectrum. This breakdown manifests itself also in the loss of uniform attractivity, a loss of experimental observability of the Lyapunov exponent, and a loss of equivalence under uniformly continuous topological conjugacies. Nous développons le spectre de dichotomie pour les systèmes dynamiques aléatoires et nous démontrons son utilité pour la caractérisation des bifurcations de fourches dans des systèmes dynamiques aléatoires avec du bruit additif. Crauel et Flandoli (J. Dynam. Differential Equations10 (1998) 259–274) ont précédemment montré que l’ajout de bruit additif à un système comprenant une bifurcation de fourche déterministe produit un unique équilibre aléatoire attractif avec un exposant de Lyapunov négatif partout, « détruisant » ainsi cette bifurcation. En effet, nous montrons dans cet exemple que la dynamique avant et après le point de bifurcation déterministe sous-jacent sont topologiquement équivalentes. Cependant, dans un paradoxe apparent avec (J. Dynam. Differential Equations10 (1998) 259–274), nous montrons qu’il y a après tout un changement qualitatif du système aléatoire au point du bifurcation déterministe sous-jacent, caractérisé par la transition du spectre de dichotomie hyperbolique à un spectre non-hyperbolique. Cette rupture se manifeste elle-même aussi dans une perte d’attractivité uniforme, une perte d’observabilité expérimentale de l’exposant de Lyapunov, et une perte d’équivalence sous conjugaisons topologiques uniformes et continues.
Issue Date: 1-Nov-2017
Date of Acceptance: 6-May-2016
URI: http://hdl.handle.net/10044/1/38645
DOI: 10.1214/16-AIHP763
ISSN: 0246-0203
Publisher: Institute of Mathematical Statistics
Start Page: 1548
End Page: 1574
Journal / Book Title: Annales de l’Institut Henri Poincaré Probabilités et Statistiques
Volume: 53
Issue: 4
Copyright Statement: © 2016 Association Publications de l’Institute Henri Poincaré. This paper is embargoed until publication.
Sponsor/Funder: Commission of the European Communities
Engineering & Physical Science Research Council (EPSRC)
Commission of the European Communities
Commission of the European Communities
Funder's Grant Number: 643073
EP/I004165/1
FP7-PEOPLE-2011-IEF-303386
318999
Keywords: Science & Technology
Physical Sciences
Statistics & Probability
Mathematics
Dichtomy spectrum
Finite-time Lyapunov exponent
Pitchfork bifurcation
Random dynamical system
Topological equivalence
STOCHASTIC BIFURCATION
EQUATIONS
math.DS
math.DS
37H15, 37H20
Statistics & Probability
0104 Statistics
Publication Status: Published
Online Publication Date: 2017-11-27
Appears in Collections:Mathematics
Applied Mathematics and Mathematical Physics
Faculty of Natural Sciences