N-dimensional dynamical systems exploiting instabilities in full

We report experimental and numerical results showing how certain N-dimensional dynamical systems are able to exhibit complex time evolutions based on the nonlinear combination of N-1 oscillation modes. The experiments have been done with a family of thermo-optical systems of effective dynamical dimension varying from 1 to 6. The corresponding mathematical model is an N-dimensional vector field based on a scalar-valued nonlinear function of a single variable that is a linear combination of all the dynamic variables. We show how the complex evolutions appear associated with the occurrence of successive Hopf bifurcations in a saddle-node pair of fixed points up to exhaust their instability capabilities in N dimensions. For this reason the observed phenomenon is denoted as the full instability behavior of the dynamical system. The process through which the attractor responsible for the observed time evolution is formed may be rather complex and difficult to characterize. Nevertheless, the well-organized structure of the time signals suggests some generic mechanism of nonlinear mode mixing that we associate with the cluster of invariant sets emerging from the pair of fixed points and with the influence of the neighboring saddle sets on the flow nearby the attractor. The generation of invariant tori is likely during the full instability development and the global process may be considered as a generalized Landau scenario for the emergence of irregular and complex behavior through the nonlinear superposition of oscillatory motions

Equivalent representation form of oscillators with elastic and damping nonlinear terms

In this work we consider the nonlinear equivalent representation form of oscillators that exhibit nonlinearities in both the elastic and the damping terms. The nonlinear damping effects are considered to be described by fractional power velocity terms which provide better predictions of the dissipative effects observed in some physical systems. It is shown that their effects on the system dynamics response are equivalent to a shift in the coefficient of the linear damping term of a Duffing oscillator. Then, its numerical integration predictions, based on its equivalent representation form given by the well-known forced, damped Duffing equation, are compared to the numerical integration values of its original equations of motion. The applicability of the proposed procedure is evaluated by studying the dynamics response of four nonlinear oscillators that arise in some engineering applications such as nanoresonators, microresonators, human wrist movements, structural engineering design, and chain dynamics of polymeric materials at high extensibility, among others

Full instability behavior of N-dimensional dynamical systems with a one-directional nonlinear vector field

We show how certain N-dimensional dynamical systems are able to exploit the full instability capabilities of their fixed points to do Hopf bifurcations and how such a behavior produces complex time evolutions based on the nonlinear combination of the oscillation modes that emerged from these bifurcations. For really different oscillation frequencies, the evolutions describe robust wave form structures, usually periodic, in which selfsimilarity with respect to both the time scale and system dimension is clearly appreciated. For closer frequencies, the evolution signals usually appear irregular but are still based on the repetition of complex wave form structures. The study is developed by considering vector fields with a scalar-valued nonlinear function of a single variable that is a linear combination of the N dynamical variables. In this case, the linear stability analysis can be used to design N-dimensional systems in which the fixed points of a saddle-node pair experience up to N21 Hopf bifurcations with preselected oscillation frequencies. The secondary processes occurring in the phase region where the variety of limit cycles appear may be rather complex and difficult to characterize, but they produce the nonlinear mixing of oscillation modes with relatively generic features

Inversió cega de funcions no-lineals mitjançant un procés de Gaussianització

En aquest treball es presenta un nou mètode per a la inversió cega de funcions no-lineals mitjançant la gaussianització del senyal observat. El mètode es basa en restituir el caràcter aproximadament gaussià que presenta un senyal filtrat, gràcies al teorema del límit central,que ha vist canviada la seva distribució per l’efecte d’una funció no-lineal. Inicialment, doncs,aquest mètode és útil per a la inversió de sistemes de Wiener, tot i que en els darrers experiments realitzats s’han obtingut resultats interessants en sistemes purament no-lineals. El treball presenta dues possibles parametritzacions, la primera basada en xarxes neurals i la segona en polinomis. En els dos casos s’aconsegueix invertir la funció desconeguda sense tenir cap coneixement a priori ni del senyal original, ni del filtre, ni de la funció no-lineal que volem invertir.

Codis no lineals en MAGMA: construcció de codis perfectes

La finalitat d'aquest projecte és aconseguir construir codis binaris perfectes no lineals de manera eficient. Per a fer-ho, hem desenvolupat un paquet de software per a l'intèrpret MAGMA que conté funcions per a la construcció de codis perfectes, càlcul d'invariants de codis i altres funcions complementàries per a fer càlculs sobre les paraules d'un codi.

Codis no lineals en Magma: noves construccions

L'objectiu principal d'aquest projecte és ampliar la llibreria BinaryCodes, iniciada al 2007, que ens permet construir i manipular codis binaris lineals i no lineals. Per aquest motiu, s'han desenvolupat una sèrie de funcions, amb els seus corresponents tests i exemples, en l'entorn de programació matemàtica Magma. Aquestes funcions consisteixen bàsicament en la construcció de nous codis a partir d'altres ja existents.

Mètode alternatiu a la modelització gràfica en el càlcul de l'espai necessari per crear zones lineals d'aparcament en vies urbanes

Aquest mètode permet calcular numèricament l'espai necessari per crear zones lineals d'aparcament d' n places sense haver de recórrer a la modelització gràfica. Està dissenyat especialment per trobar amb facilitat les característiques òptimes de zones d'aparcament en vies amb limitacions d'espai. Aquest estudi és una anàlisi trigonomètrica d'una àrea d'aparcament tenint en compte el comportament d'un vehicle estàndard en la maniobra d'estacionament.

Sobre les relacions lineals d'energia lliure: mesures de semblança molecular quàntica sobre funcions de densitat electrònica modificad

En aquest treball es presenta l'ús de funcions de densitat electrònica de forat de Fermi per incrementar el paper que pren una regió molecular concreta, considerada com a responsable de la reactivitat molecular, tot i mantenir la mida de la funció de densitat original. Aquestes densitats s'utilitzen per fer mesures d'autosemblança molecular quàntica i es presenten com una alternativa a l'ús de fragments moleculars aillats en estudis de relació entre estructura i propietat. El treball es complementa amb un exemple pràctic, on es correlaciona l'autosemblanca molecular a partir de densitats modificades amb l'energia d'una reacció isodòsmica

Tècniques de microsampling amb generadors de congruències lineals

En el següent article l'autor descriu una nova tècnica per generar sons amb síntesi granular síncrona fent servir generadors de congruències lineals.

Sistemes lineals: una aproximació a algun dels seus conceptes i problemes rellevants

L'objectiu que m'he proposat al preparar aquesta exposicióha estat el de mostrar. per una banda, com alguns delsproblemes bàsics de la teoria de Sistemes Dinàmics Linealstenen una resposta senzilla en termes de l' Álgebra lineal i,d'altra, com alguns problemes importants d'aquesta teorias'entronquen amb conceptes i tècniques bàsiques de la geometriai la topologia

Àlgebra vectorial: aplicacions lineals

Oferim als estudiants universitaris i als lectors interessats aquesta guia didàctica de la matemàtica universitària com a fruit dels nostres anys de docència de les matemàtiques a la Universitat. El resultat final ha esdevingut una col·lecció de setze petits volums agrupats en els dos mòduls d'Àlgebra Lineal i de Càlcul Infinitesimal. En aquest volum es generalitza en primer lloc el concepte d'aplicació entre dos espais vectorials i s'introdueix la important definició d'aplicació lineal. Pel seu estudi s'utilitza l'àlgebra matricial. A continuació es desenvolupen els temes de valors i vectors propis, la diagonalització d'endomorfismes i l'estudi de les formes quadràtiques

Sobre les relacions lineals d'energia lliure: mesures de semblança molecular quàntica sobre funcions de densitat electrònica modificad

En aquest treball es presenta l'ús de funcions de densitat electrònica de forat de Fermi per incrementar el paper que pren una regió molecular concreta, considerada com a responsable de la reactivitat molecular, tot i mantenir la mida de la funció de densitat original. Aquestes densitats s'utilitzen per fer mesures d'autosemblança molecular quàntica i es presenten com una alternativa a l'ús de fragments moleculars aillats en estudis de relació entre estructura i propietat. El treball es complementa amb un exemple pràctic, on es correlaciona l'autosemblanca molecular a partir de densitats modificades amb l'energia d'una reacció isodòsmica

Desenvolupament, implementació i aplicació de noves metodologies per a l'estudi de la reactivitat química i de les propietats òptiques no lineals

El coneixement de la superfície d'energia potencial (PES) ha estat essencial en el món de la química teòrica per tal de discutir tant la reactivitat química com l'estructura i l'espectroscòpia molecular. En el camp de la reactivitat química es hem proposat continuar amb el desenvolupament de nova metodologia dins el marc de la teoria del funcional de la densitat conceptual. En particular aquesta tesis es centrarà en els següents punts: a) El nombre i la naturalesa dels seus punts estacionaris del PES poden sofrir canvis radicals modificant el nivell de càlcul utilitzats, de tal manera que per estar segurs de la seva naturalesa cal anar a nivells de càlcul molt elevats. La duresa és una mesura de la resistència d'un sistema químic a canviar la seva configuració electrònica, i segons el principi de màxima duresa on hi hagi un mínim o un màxim d'energia trobarem un màxim o un mínim de duresa, respectivament. A l'escollir tot un conjunt de reaccions problemàtiques des del punt de vista de presència de punts estacionaris erronis, hem observat que els perfils de duresa són més independents de la base i del mètode utilitzats, a més a més sempre presenten el perfil correcte. b) Hem desenvolupat noves expressions basades en les integracions dels kernels de duresa per tal de determinar la duresa global d'una molècula de manera més precisa que la utilitzada habitualment que està basada en el càlcul numèric de la derivada segona de l'energia respecte al número d'electrons. c) Hem estudiat la validesa del principis de màxima duresa i de mínima polaritzabiliat en les vibracions asimètriques en sistemes aromàtics. Hem trobat que per aquests sistemes alguns modes vibracionals incompleixen aquests principis i hem analitzat la relació d'aquest l'incompliment amb l'efecte de l'acoblament pseudo-Jahn-Teller. A més a més, hem postulat tot un conjunt de regles molt senzilles que ens permetien deduir si una molècula compliria o no aquests principis sense la realització de cap càlcul previ. Tota aquesta informació ha estat essencial per poder determinar exactament quines són les causes del compliment o l'incompliment del MHP i MPP. d) Finalment, hem realitzat una expansió de l'energia funcional en termes del nombre d'electrons i de les coordenades normals dintre del conjunt canònic. En la comparació d'aquesta expansió amb l'expansió de l'energia del nombre d'electrons i del potencial extern hem pogut recuperar d'una altra forma diferent tot un conjunt de relacions ja conegudes entre alguns coneguts descriptors de reactivitat del funcional de la densitat i en poden establir tot un conjunt de noves relacions i de nous descriptors. Dins del marc de les propietats moleculars es proposa generalitzar i millorar la metodologia pel càlcul de la contribució vibracional (Pvib) a les propietats òptiques no lineals (NLO). Tot i que la Pvib no s'ha tingut en compte en la majoria dels estudis teòrics publicats de les propietats NLO, recentment s'ha comprovat que la Pvib de diversos polímers orgànics amb altes propietats òptiques no lineals és fins i tot més gran que la contribució electrònica. Per tant, tenir en compte la Pvib és essencial en el disseny dels nous materials òptics no lineals utilitzats en el camp de la informàtica, les telecomunicacions i la tecnologia làser. Les principals línies d'aquesta tesis sobre aquest tema són: a) Hem calculat per primera vegada els termes d'alt ordre de Pvib de diversos polímers orgànics amb l'objectiu d'avaluar la seva importància i la convergència de les sèries de Taylor que defineixen aquestes contribucions vibracionals. b) Hem avaluat les contribucions electròniques i vibracionals per una sèrie de molècules orgàniques representatives utilitzant diferents metodologies, per tal de poder de determinar quina és la manera més senzilla per poder calcular les propietats NLO amb una precisió semiquantitativa.