Finite-Dimensional Reductions of Conservative Dynamical Systems and Numerical Analysis. I

Abstract

We study infinite-dimensional Liouville–Lax integrable nonlinear dynamical systems. For these systems, we consider the problem of finding an appropriate set of initial conditions leading to typical solutions such as solitons and traveling waves. We develop an approach to the solution of this problem based on the exact reduction of a given nonlinear dynamical system to its finite-dimensional invariant submanifolds and the subsequent investigation of the system of ordinary differential equations obtained by qualitative analysis. The efficiency of the approach proposed is demonstrated by the examples of the Korteweg–de Vries equation, the modified nonlinear Schrödinger equation, and a hydrodynamic model.

Вивчаються нескінчениовимірпі Інтегровні за Лаксом - Ліувіллем нелінійні динамічні системи, для яких розглядається задача про знаходження множини початкових значень, яким відповідають такі типові їх розв'язки, як солітоииі розв'язки та розв'язки вигляду біжучої хвилі. Запропоновано підхід до розв'язання даної задачі, суть якого полягає в редукції вихідної нелінійної динамічної системи на її скіичепповиміриі інваріантні підмноговиди та в подальшому дослідженні за допомогою методів якісної теорії диференціальних рівнянь одержаних систем. Ефективність запропонованого підходу продемонстровано на прикладі рівняння Кортевега - де Фріза, нелінійного модифікованого рівняння Шредіпгера та однієї гідродинамічної моделі.