Dynamics of strongly continuous semigroups associated to certain differential equations

Abstract

[EN] The purpose of the Ph.D. Thesis "Dynamics of strongly continuous semigroups associated to certain differential equations'' is to analyse, from the point of view of functional analysis, the dynamics of solutions of linear evolution equations. These solutions can be represented by a strongly continuous semigroup on an infinite-dimensional Banach space. The aim of our research is to provide global conditions for chaos, in the sense of Devaney, and stability properties of strongly continuous semigroups which are solutions of linear evolution equations.

This work is composed of three principal chapters. Chapter 0 is introductory and defines basic terminology and notation used, besides presenting the basic results that we will use throughout this thesis. Chapters 1 and 2 describe, in general way, a strongly continuous semigroup induced by a semiflow in Lebesgue and Sobolev spaces which is a solution of a linear first order partial differential equation. Moreover, some characterizations of the main dynamical properties, including hypercyclicity, mixing, weakly mixing, chaos and stability are given along these chapters. Chapter 3 describes the dynamical properties of a difference equation based on the so-called birth-and-death model and analyses the conditions previously proven for this model improving them by employing a different strategy.

The goal of this thesis is to characterize dynamical properties of these kind of strongly continuous semigroups in a general way, whenever possible, and to extend these results to another spaces. Along this memory, these findings are compared with the previous ones given by many authors in recent years.

[ES] La presente memoria "Dinámica de semigrupos fuertemente continuos asociadas a ciertas ecuaciones diferenciales'' es analizar, desde el punto de vista del análisis funcional, la dinámica de las soluciones de ecuaciones de evolución lineales. Estas soluciones pueden ser representadas por semigrupos fuertemente continuos en espacios de Banach de dimensión infinita. El objetivo de nuestra investigación es proporcionar condiciones globales para obtener caos, en el sentido de Devaney, y propiedades de estabilidad de semigrupos fuertemente continuos, los cuales son soluciones de ecuaciones de evolución lineales.

Este trabajo está compuesto de tres capítulos principales. El Capítulo 0 es introductorio y define la terminología básica y notación usada, además de presentar los resultados básicos que usaremos a lo largo de esta tesis. Los Capítulos 1 y 2 describen, de forma general, un semigrupo fuertemente continuo inducido por un semiflujo en espacios de Lebesgue y en espacios de Sobolev, los cuales son solución de una ecuación diferencial lineal en derivadas parciales de primer orden. Además, algunas caracterizaciones de las principales propiedades dinámicas, incluyendo hiperciclicidad, mezclante, débil mezclante, caos y estabilidad, se obtienen a lo largo de estos capítulos. El Capítulo 3 describe las propiedades dinámicas de una ecuación en diferencias basada en el llamado modelo de nacimiento-muerte y analiza las condiciones previamente probadas para este modelo, mejorándolas empleando una estrategia diferente.

La finalidad de esta tesis es caracterizar propiedades dinámicas para este tipo de semigrupos fuertemente continuos de forma general, cuando sea posible, y extender estos resultados a otros espacios. A lo largo de esta memoria, estos resultados son comparados con los resultados previos dados por varios autores en años recientes.

[CA] La present memòria "Dinàmica de semigrups fortament continus associats a certes equacions diferencials'' és analitzar, des del punt de vista de l'anàlisi funcional, la dinàmica de les solucions d'equacions d'evolució lineals. Aquestes solucions poden ser representades per semigrups fortament continus en espais de Banach de dimensió infinita. L'objectiu de la nostra investigació es proporcionar condicions globals per obtenir caos, en el sentit de Devaney, i propietats d'estabilitat de semigrups fortament continus, els quals són solucions d'equacions d'evolució lineals.

Aquest treball està compost de tres capítols principals. El Capítol 0 és introductori i defineix la terminologia bàsica i notació utilitzada, a més de presentar els resultats bàsics que utilitzarem al llarg d'aquesta tesi. Els Capítols 1 i 2 descriuen, de forma general, un semigrup fortament continu induït per un semiflux en espais de Lebesgue i en espais de Sobolev, els quals són solució d'una equació diferencial lineal en derivades parcials de primer ordre. A més, algunes caracteritzacions de les principals propietats dinàmiques, incloent-hi hiperciclicitat, mesclant, dèbil mesclant, caos i estabilitat, s'obtenen al llarg d'aquests capítols. El Capítol 3 descrivís les propietats dinàmiques d'una equació en diferències basada en el model de naixement-mort i analitza les condicions prèviament provades per aquest model, millorant-les utilitzant una estratègia diferent.

La finalitat d'aquesta tesi és caracteritzar propietats dinàmiques d'aquest tipus de semigrups fortament continus de forma general, quan siga possible, i estendre aquests resultats a altres espais. Al llarg d'aquesta memòria, aquests resultats són comparats amb els resultats previs obtinguts per diversos autors en anys recents.