Modelagem Matemática e Análise de Modelos Matemáticos na Educação Matemática

In this paper we present two studies, the first one completed and the second one in development, which are based in teaching approaches that propose the qualitative study of mathematical models as a strategy for the teaching and learning of mathematical concepts. These teaching approaches focus on subjects from Higher Education such as Introduction to Ordinary Differential Equations and Topics of Differential and Integral Calculus. We denominate this common aspect of the teaching approaches as Model Analysis and in a preliminary level we relate it with Mathematical Modeling. Furthermore, we discuss some questions related with the choice of the theme and the role of Digital Technologies when Model Analysis is applied.

Introdução à teoria de Poincaré-Bendixson para campos de vetores planares

O Teorema de Poincaré-Bendixson é um resultado muito importante no estudo de Sistemas Dinâmicos, pois ele estabelece para quais tipos de conjunto limite as trajetórias de um campo de vetores em IR2 deve convergir. Neste trabalho vamos abordar a Funç˜ao do primeiro Retorno de Poincaré, além de discutir a estabilidade de Ciclos Limites e provar o Teorema de Poincaré-Bendixson.

Existência e concentração de soluções para uma equação de schrödinger estacionária

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelagem matemática: uma abordagem do método gráfico e do método simplex na resolução de problemas de otimização

Pós-graduação em Matemática em Rede Nacional - IBILCE

Sobre a estabilidade estrutural e regularizações de campos de vetores descontínuos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Cálculo fracionário aplicado em dinâmica tumoral: método da Transformada Diferencial generalizada

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estrutura algébrica dos modelos integráveis

Pós-graduação em Física - IFT

Continuity of Lyapunov functions and of energy level for generalized gradient semigroup

The global attractor of a gradient-like semigroup has a Morse decomposition. Associated to this Morse decomposition there is a Lyapunov function (differentiable along solutions)-defined on the whole phase space- which proves relevant information on the structure of the attractor. In this paper we prove the continuity of these Lyapunov functions under perturbation. On the other hand, the attractor of a gradient-like semigroup also has an energy level decomposition which is again a Morse decomposition but with a total order between any two components. We claim that, from a dynamical point of view, this is the optimal decomposition of a global attractor; that is, if we start from the finest Morse decomposition, the energy level decomposition is the coarsest Morse decomposition that still produces a Lyapunov function which gives the same information about the structure of the attractor. We also establish sufficient conditions which ensure the stability of this kind of decomposition under perturbation. In particular, if connections between different isolated invariant sets inside the attractor remain under perturbation, we show the continuity of the energy level Morse decomposition. The class of Morse-Smale systems illustrates our results.

Boundedness of solutions of retarded functional differential equations with variable impulses via generalized ordinary differential equations

In this paper, we give sufficient conditions for the uniform boundedness and uniform ultimate boundedness of solutions of a class of retarded functional differential equations with impulse effects acting on variable times. We employ the theory of generalized ordinary differential equations to obtain our results. As an example, we investigate the boundedness of the solution of a circulating fuel nuclear reactor model.

Combinatorial-topological framework for the analysis of global dynamics

We discuss an algorithmic framework based on efficient graph algorithms and algebraic-topological computational tools. The framework is aimed at automatic computation of a database of global dynamics of a given m-parameter semidynamical system with discrete time on a bounded subset of the n-dimensional phase space. We introduce the mathematical background, which is based upon Conley's topological approach to dynamics, describe the algorithms for the analysis of the dynamics using rectangular grids both in phase space and parameter space, and show two sample applications. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4767672]

Odd homoclinic orbits for a second order Hamiltonian system

The aim of this paper is to find an odd homoclinic orbit for a class of reversible Hamiltonian systems. The proof is variational and it employs a version of the concentration compactness principle of P. L. Lions in a lemma due to Struwe.

Semilinear functional difference equations with infinite delay

We obtain boundedness and asymptotic behavior of solutions for semilinear functional difference equations with infinite delay. Applications to Volterra difference equations with infinite delay are shown. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A uniqueness theorem for the determination of sources in the Germain–Lagrange plate equation

We prove a uniqueness result related to the Germain–Lagrange dynamic plate differential equation. We consider the equation {∂2u∂t2+△2u=g⊗f,in ]0,+∞)×R2,u(0)=0,∂u∂t(0)=0, where uu stands for the transverse displacement, ff is a distribution compactly supported in space, and g∈Lloc1([0,+∞)) is a function of time such that g(0)≠0g(0)≠0 and there is a T0>0T0>0 such that g∈C1[0,T0[g∈C1[0,T0[. We prove that the knowledge of uu over an arbitrary open set of the plate for any interval of time ]0,T[]0,T[, 0

Pullback exponential attractors for evolution processes in Banach spaces: properties and applications

This article is a continuation of our previous work [5], where we formulated general existence theorems for pullback exponential attractors for asymptotically compact evolution processes in Banach spaces and discussed its implications in the autonomous case. We now study properties of the attractors and use our theoretical results to prove the existence of pullback exponential attractors in two examples, where previous results do not apply.

Modelo numérico mecanobiológico para a obtenção da matriz de rigidez estrutural e da densidade mineral na remodelagem óssea

Neste trabalho é proposto um modelo mecanobiológico de remodelagem óssea para a estimativa de variações, provocadas por perturbações mecânicas ou biológicas, na matriz de rigidez estrutural da escala macroscópica e na densidade mineral em uma região do osso. Na cooperação entre as áreas da saúde e da engenharia, como nos estudos estruturais de biomecânica no sistema esquelético, as propriedades mecânicas dos materiais devem ser conhecidas, entretanto os ossos possuem uma constituição material altamente complexa, dinâmica e variante entre indivíduos. Sua dinâmica decorre dos ciclos de absorção e deposição de matriz óssea na remodelagem óssea, a qual ocorre para manter a integridade estrutural do esqueleto e adaptá-lo aos estímulos do ambiente, sejam eles biológicos, químicos ou mecânicos. Como a remodelagem óssea pode provocar alterações no material do osso, espera-se que suas propriedades mecânicas também sejam alteradas. Na literatura científica há modelos matemáticos que preveem a variação da matriz de rigidez estrutural a partir do estímulo mecânico, porém somente os modelos mais recentes incluíram explicitamente processos biológicos e químicos da remodelagem óssea. A densidade mineral óssea é um importante parâmetro utilizado no diagnóstico de doenças ósseas na área médica. Desse modo, para a obtenção da variação da rigidez estrutural e da densidade mineral óssea, propõe-se um modelo numérico mecanobiológico composto por cinco submodelos: da dinâmica da população de células ósseas, da resposta das células ao estímulo mecânico, da porosidade óssea, da densidade mineral óssea e, baseado na Lei de Voigt para materiais compósitos, da rigidez estrutural. Os valores das constantes das equações dos submodelos foram obtidos de literatura. Para a solução das equações do modelo, propõe-se uma implementação numérica e computacional escrita em linguagem C. O método de Runge-Kutta-Dorman-Prince, cuja vantagem consiste no uso de um passo de solução variável, é utilizado no modelo para controlar o erro numérico do resultado do sistema de equações diferenciais. Foi realizada uma avaliação comparativa entre os resultados obtidos com o modelo proposto e os da literatura dos modelos de remodelagem óssea recentes. Conclui-se que o modelo e a implementação propostos são capazes de obter variações da matriz de rigidez estrutural macroscópica e da densidade mineral óssea decorrentes da perturbação nos parâmetros mecânicos ou biológicos do processo de remodelagem óssea.