Morse–Smale diffemorphisms with non-wandering points with pairwise different indices on 3-manifolds

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this paper, we consider a class $G$ of orientation-preserving Morse-Smale diffeomorphisms $f$, which are defined on a closed 3-manifold $M^3$ and whose non-wandering set consists of four fixed points with pairwise different Morse indices. It follows from the results of the work of S. Smale and K. Meyer that all gradient-like flows with similar properties have a Morse energy function with four critical points of pairwise different Morse indices. This means that the supporting manifold $M^3$ for these flows admits a Heegaar decomposition of genus 1 and, therefore, it is homeomorphic to the lens space $L_{p, q}$. Despite the simple structure of the non-wandering set of diffeomorphisms in the class $G$, there are diffeomorphisms with wildly embedded separatrices. According to the results of V. Grines, F. Laudenbach, O. Pochinka, such diffeomorphisms do not have an energy function, and the question of the topology of their ambient manifold remains open. According to the results of V. Grines, E. Zhuzhoma and V. Medvedev, $M^3$ is homeomorphic to the lens space $L_{p, q}$ in the case of tame embedding of closures of one-dimensional separatrices of the diffeomorphism $f\in G$. Moreover, the wandering set of the diffeomorphism $f$ contains at least $p$ of non-compact heteroclinic curves. In this paper, a similar result is obtained for arbitrary diffeomorphisms of the class $G$. Diffeomorphisms from the class $G$ with wild embedding of one-dimensional separatrices are constructed on each lens space $L_{p, q}$. Such examples were previously known only on the 3-sphere. It is also established that the topological conjugacy of diffeomorphisms of class $G$ with a single non-compact heteroclinic curve is completely determined by the equivalence of Hopf knots, which are the projection of a one-dimensional saddle separatrix into the space of the orbits of the sink basin. Moreover, any Hopf knot $L$ is realized by such a diffeomorphism. In this sense, the result obtained is similar to classification of D. Pixton's diffeomorphisms obtained by Ch. Bonatti and V. Grines.

Keywords

About the authors

Olga Vital'evna Pochinka

HSE University

Email: olga-pochinka@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6587-5305
Doctor of physico-mathematical sciences, no status

Elena Anatol'evna Talanova

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: eltalanova72@gmail.com

References

  1. V. S. Afraimovich, M. I. Rabinovich, P. Varona, “Heteroclinic contours in neural ensembles and the winnerless competition principle”, Internat. J. Bifur. Chaos Appl. Sci. Engrg., 14:4 (2004), 1195–1208
  2. P. M. Akhmet'ev, T. V. Medvedev, O. V. Pochinka, “On the number of the classes of topological conjugacy of Pixton diffeomorphisms”, Qual. Theory Dyn. Syst., 20:3 (2021), 76, 15 pp.
  3. А. Андронов, Л. С. Понтрягин, “Грубые системы”, Докл. АН СССР, 14:5 (1937), 247–250
  4. А. Н. Безденежных, В. З. Гринес, “Динамические свойства и топологическая классификация градиентноподобных диффеоморфизмов на двумерных многообразиях. I”, Методы качественной теории дифференциальных уравнений, Межвуз. темат. сб. науч. тр., Горьк. гос. ун-т, Горький, 1984, 22–38
  5. А. Н. Безденежных, В. З. Гринес, “Реализация градиентноподобных диффеоморфизмов двумерных многообразий”, Дифференциальные и интегральные уравнения, Сб. науч. тр., Изд-во Горьковск. ун-та, Горький, 1985, 33–37
  6. А. Н. Безденежных, В. З. Гринес, “Динамические свойства и топологическая классификация градиентноподобных диффеоморфизмов на двумерных многообразиях. II”, Методы качественной теории дифференциальных уравнений, Межвуз. темат. сб. науч. тр., Изд-во Горьковск. ун-та, Горький, 1987, 24–31
  7. C. Bonatti, V. Z. Grines, “Knots as topological invariant for gradient-like diffeomorphisms of the sphere $S^3$”, J. Dynam. Control Systems, 6:4 (2000), 579–602
  8. Ch. Bonatti, V. Grines, F. Laudenbach, O. Pochinka, “Topological classification of Morse–Smale diffeomorphisms without heteroclinic curves on 3-manifolds”, Ergodic Theory Dynam. Systems, 39:9 (2019), 2403–2432
  9. Х. Бонатти, В. З. Гринес, В. C. Медведев, Е. Пеку, “О диффеоморфизмах Морса–Смейла без гетероклинических пересечений на трехмерных многообразиях”, Дифференциальные уравнения и динамические системы, Сборник статей. К 80-летию со дня рождения академика Евгения Фроловича Мищенко, Труды МИАН, 236, Наука, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2002, 66–78
  10. C. Bonatti, V. Grines, V. Medvedev, E. Pecou, “Three-manifolds admitting Morse–Smale diffeomorphisms without heteroclinic curves”, Topology Appl., 117:3 (2002), 335–344
  11. C. Bonatti, V. Grines, V. Medvedev, E. Pecou, “Topological classification of gradient-like diffeomorphisms on 3-manifolds”, Topology, 43:2 (2004), 369–391
  12. Х. Бонатти, В. З. Гринес, О. В. Починка, “Классификация диффеоморфизмов Морса–Смейла с конечным множеством гетероклинических орбит на 3-многообразиях”, Докл. РАН, 396:4 (2004), 439–442
  13. Х. Бонатти, В. З. Гринес, О. В. Починка, “Реализация диффеоморфизмов Морса–Смейла на $3$-многообразиях”, Порядок и хаос в динамических системах, Сборник статей. К 80-летию со дня рождения академика Дмитрия Викторовича Аносова, Труды МИАН, 297, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2017, 46–61
  14. C. Bonatti, V. Grines, O. Pochinka, “Topological classification of Morse–Smale diffeomorphisms on 3-manifolds”, Duke Math. J., 168:13 (2019), 2507–2558
  15. C. Bonatti, R. Langevin, Diffeomorphismes de Smale des surfaces, With the collaboration of E. Jeandenans, Asterisque, 250, Soc. Math. France, Paris, 1998, viii+235 pp.
  16. G. Fleitas, “Classification of gradient-like flows on dimensions two and three”, Bol. Soc. Brasil. Mat., 6:2 (1975), 155–183
  17. В. З. Гринес, “Топологическая классификация диффеомоpфизмов Моpса–Смейла с конечным множеством гетеpоклинических тpаектоpий на повеpхностях”, Матем. заметки, 54:3 (1993), 3–17
  18. В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, “Комбинаторный инвариант градиентно-подобных потоков на связной сумме $mathbb S^{n-1}times mathbb S^1$”, Матем. сб., 214:5 (2023), 97–127
  19. В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, “Топологическая классификация потоков без гетероклинических траекторий на связной сумме многообразий $mathbb{S}^{n-1}times mathbb{S}^{1}$”, УМН, 77:4(466) (2022), 201–202
  20. В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, О. В. Починка, “Энергетическая функция градиентно-подобных потоков и проблема топологической классификации”, Матем. заметки, 96:6 (2014), 856–863
  21. В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, О. В. Починка, “О включении диффеоморфизмов Морса–Смейла на сфере в топологический поток”, УМН, 71:6(432) (2016), 163–164
  22. В. З. Гринес, Е. Я. Гуревич, Е. В. Жужома, О. В. Починка, “Классификация систем Морса–Смейла и топологическая структура несущих многообразий”, УМН, 74:1(445) (2019), 41–116
  23. В. З. Гринес, Х. Х. Калай, “О топологической классификации градиентноподобных диффеоморфизмов на неприводимых трехмерных многообразиях”, УМН, 49:2(296) (1994), 149–150
  24. В. З. Гринес, С. Х. Капкаева, О. В. Починка, “Трехцветный граф как полный топологический инвариант для градиентно-подобных диффеоморфизмов поверхностей”, Матем. сб., 205:10 (2014), 19–46
  25. V. Z. Grines, T. V. Medvedev, O. V. Pochinka, Dynamical systems on 2- and 3-manifolds, Dev. Math., 46, Springer, Cham, 2016, xxvi+295 pp.
  26. V. Grines, T. Medvedev, O. Pochinka, E. Zhuzhoma, “On heteroclinic separators of magnetic fields in electrically conducting fluids”, Phys. D, 294 (2015), 1–5
  27. V. Grines, O. Pochinka, “On topological classification of Morse–Smale diffeomorphisms”, Dynamics, games and science. II (Univ. of Minho, Braga, 2008), Springer Proc. Math., 2, Springer, Heidelberg, 2011, 403–427
  28. В. З. Гринес, О.В. Починка, “Каскады Морса–Смейла на 3-многообразиях”, УМН, 68:1(409) (2013), 129–188
  29. В. З. Гринес, Е. В. Жужома, В. С. Медведев, “Новые соотношения для систем Морса–Смейла с тривиально вложенными одномерными сепаратрисами”, Матем. сб., 194:7 (2003), 25–56
  30. В. З. Гринес, Е. В. Жужома, В. С. Медведев, О. В. Починка, “Глобальные аттрактор и репеллер диффеоморфизмов Морса–Смейла”, Дифференциальные уравнения и топология. II, Сборник статей. К 100-летию со дня рождения академика Льва Семеновича Понтрягина, Труды МИАН, 271, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2010, 111–133
  31. В. З. Гринес, Е. В. Жужома, О. В. Починка, “Динамические системы и топология магнитных полей в проводящей среде”, Дифференциальные и функционально-дифференциальные уравнения, СМФН, 63, № 3, РУДН, М., 2017, 455–474
  32. В. Гуревич, Г. Волмэн, Теория размерности, ИЛ, М., 1948, 232 с.
  33. P. Kirk, C. Livingston, “Knot invariants in 3-manifolds and essential tori”, Pacific J. Math., 197:1 (2001), 73–96
  34. V. E. Kruglov, D. S. Malyshev, O. V. Pochinka, D. D. Shubin, “On topological classification of gradient-like flows on an $n$-sphere in the sense of topological conjugacy”, Regul. Chaotic Dyn., 25:6 (2020), 716–728
  35. Е. В. Круглов, Е. А. Таланова, “О реализации диффеоморфизмов Морса–Смейла с гетероклиническими кривыми на трехмерной сфере”, Дифференциальные уравнения и динамические системы, Сборник статей. К 80-летию со дня рождения академика Евгения Фроловича Мищенко, Труды МИАН, 236, Наука, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2002, 212–217
  36. Е. А. Леонтович, А. Г. Майеp, “О тpаектоpиях, опpеделяющих качественную стpуктуpу pазбиения сфеpы на тpаектоpии”, Докл. АН СССP, 14:5 (1937), 251–257
  37. Е. А. Леонтович, А. Г. Майеp, “О схеме, опpеделяющей топологическую стpуктуpу pазбиения на тpаектоpии”, Докл. АН СССP, 103:4 (1955), 557–560
  38. D. Malyshev, A. Morozov, O. Pochinka, “Combinatorial invariant for Morse–Smale diffeomorphisms on surfaces with orientable heteroclinic”, Chaos, 31:2 (2021), 023119, 17 pp.
  39. B. Mazur, “A note on some contractible 4-manifolds”, Ann. of Math. (2), 73:1 (1961), 221–228
  40. Дж. Милнор, Теорема об $h$-кобордизме, Мир, М., 1969, 115 с.
  41. Т. М. Митрякова, О. В. Починка, “О необходимых и достаточных условиях топологической сопряженности диффеоморфизмов поверхностей с конечным числом орбит гетероклинического касания”, Дифференциальные уравнения и динамические системы, Сборник статей, Труды МИАН, 270, МАИК “Наука/Интерпериодика”, М., 2010, 198–219
  42. J. Munkres, “Obstructions to the smoothing of piecewise-differentiable homeomorphisms”, Ann. of Math. (2), 72:3 (1960), 521–554
  43. W. D. Neumann, “Notes on geometry and 3-manifolds”, Low dimensional topology (Eger, 1996/Budapest, 1998), Bolyai Soc. Math. Stud., 8, Janos Bolyai Math. Soc., Budapest, 1999, 191–267
  44. А. А. Ошемков, В. В. Шарко, “О классификации потоков Морса–Смейла на двумерных многообразиях”, Матем. сб., 189:8 (1998), 93–140
  45. J. Palis, “On Morse–Smale dynamical systems”, Topology, 8:4 (1969), 385–404
  46. Дж. Пали, С. Смейл, “Теоремы структурной устойчивости”, Математика, 13:2 (1969), 145–155
  47. M. M. Peixoto, “Structural stability on two-dimensional manifolds”, Topology, 1:2 (1962), 101–120
  48. M. Peixoto, “Structural stability on two-dimensional manifolds: a further remark”, Topology, 2:1-2 (1963), 179–180
  49. M. M. Peixoto, “On the classification of flows on 2-manifolds”, Dynamical systems (Univ. Bahia, Salvador, 1971), Academic Press, Inc., New York–London, 1973, 389–419
  50. С. Ю. Пилюгин, “Фазовые диаграммы, определяющие системы Морса–Смейла без периодических траекторий на сферах”, Дифференц. уравнения, 14:2 (1978), 245–254
  51. D. Pixton, “Wild unstable manifolds”, Topology, 16:2 (1977), 167–172
  52. O. Pochinka, “Diffeomorphisms with mildly wild frame of separatrices”, Univ. Iagel. Acta Math., 47 (2009), 149–154
  53. О. В. Починка, Д. Д. Шубин, “Неособые потоки Морса–Смейла с тремя периодическими орбитами на ориентируемых $3$-многообразиях”, Матем. заметки, 112:3 (2022), 426–443
  54. O. V. Pochinka, D. D. Shubin, “Non-singular Morse–Smale flows on $n$-manifolds with attractor-repeller dynamics”, Nonlinearity, 35:3 (2022), 1485–1499
  55. О. В. Починка, Е. А. Таланова, “Минимизация числа гетероклинических кривых 3-диффеоморфизма с неподвижными точками, имеющими попарно различные индексы Морса”, ТМФ, 215:2 (2023), 311–317
  56. O. Pochinka, E. Talanova, On the topology of 3-manifolds admitting Morse–Smale diffeomorphisms with four fixed points of pairwise different Morse indices, Cornell Univ., Working paper, 2023, 30 pp.
  57. О. В. Починка, Е. А. Таланова, Д. Д. Шубин, “Узел как полный инвариант 3-диффеоморфизмов Морса–Смейла с четырьмя неподвижными точками”, Матем. сб., 214:8 (2023), 94–107
  58. E. R. Priest, Solar magneto-hydrodynamics, D. Reidel Publishing Co., Dordrecht, 1982, xix+469 pp.
  59. E. Priest, T. Forbes, Magnetic reconnection. MHD theory and applications, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2000, xii+600 pp.
  60. А. О. Пришляк, “Полный топологический инвариант потоков Морса–Смейла и разложений на ручки трехмерных многообразий”, Фундамент. и прикл. матем., 11:4 (2005), 185–196
  61. D. Rolfsen, Knots and links, Math. Lecture Ser., 7, Corr. reprint of the 1976 original, Publish or Perish, Inc., Houston, TX, 1990, xiv+439 pp.
  62. В. И. Шмуклер, О. В. Починка, “Бифуркации, меняющие тип гетероклинических кривых 3-диффеоморфизма Морса–Смейла”, ТВИМ, 2021, № 1, 101–114
  63. Д. Д. Шубин, “Топология несущих многообразий несингулярных потоков с тремя нескрученными орбитами”, Изв. вузов. ПНД, 29:6 (2021), 863–868
  64. С. Смейл, “Неравенства Морса для динамических систем”, Математика, 11:4 (1967), 79–87
  65. Я. Л. Уманский, “Необходимые и достаточные условия топологической эквивалентности трехмерных динамических систем Морса–Смейла с конечным числом особых траекторий”, Матем. сб., 181:2 (1990), 212–239

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Починка О.V., Таланова Е.A.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».