Zagadnienia

15. O entropii topologicznej

15.1. Definicja entropii

Ograniczymy się do zdefiniowania entropii topologicznej dla ciągłego przekształcenia zwartej przestrzeni metrycznej. Zatem-X jest przestrzenią zwartą metryczną z metryką d, T:X→X- ciągłym przekształceniem.

Definicja 15.1

Odległość dn między punktami x,y∈X to

dn⁢x,y=max0≤i<n⁢d⁢Ti⁢x,Ti⁢y
Definicja 15.2

Mówimy że punkty x,y, są n,ε- rozdzielone, jeśli dn⁢x,y>ε. Zbiór punktów n,ε- rozdzielonych to zbiór w którym każde dwa różne elementy są n,ε- rozdzielone.

Definicja 15.3

Mówimy że punkty x1,…⁢xk stanowią n,ε-sieć jeśli dla każdego y∈X istnieje xi takie że Dn⁢y,xi<ε.

Oznaczmy przez s⁢n,ε maksymalną liczebność zbioru n,ε- rozdzielonego, a przez r⁢n,ε- minimalną liczebność n⁢ε -sieci.

Definicja 15.4 (Definicja entropii topologicznej)

Entropia topologiczna h⁢T jest to

limε→0⁡lim supn→∞⁡1n⁢log⁡r⁢n,ε=limε→0⁡lim supn→∞⁡1n⁢log⁡s⁢n,ε

Ta definicja wymaga uzasadnienia: po pierwsze- w każdej z tych dwóch formuł trzeba sprawdzić czy istnieje granica limε→0, po drugie- że obie formuły prowadzą do tego samego wyniku. Sprawdzenie jest zawarte w Stwierdzeniu - poniżej. Dowód pozostawiamy jako ćwiczenie.

Stwierdzenie 15.1

Mamy:

r⁢n,ε≤s⁢n,ε
s⁢n,2⁢ε≤r⁢n,ε

Ponadto, dla ε>ε′ mamy s⁢n,ε′>s⁢n,ε, r⁢n,ε′>r⁢n,ε

Przykład 15.1 (Izometria)

Niech T:X→X będzie izometrią, na przykład- obrotem na okręgu. Wówczas h⁢T=0. Istotnie, ustalmy ε i jakąś ε sieć (w naszej notacji jest to 1,ε- sieć S o liczebości N=N⁢ε. Ponieważ T jest izometrią, ten sam zbiór S jest też n⁢ε- siecią. Zatem liczebność minimalnej n,ε sieci nie rośnie z n. Stąd h⁢T=0.

Ćwiczenie 15.1 (Przekształcenie z↦zd)

Sprawdzić że entropia tego przekształcenie jest równa log⁡d. Wskazówka: dla ustalonego n możemy podzielić okrąg na dn łuków, z których każdy jest przekształcany (rozciągany) przez Tn na cały okrąg. W każdym takim łuku wybieramy 1ε równo odległych punktów. Te wszystkie punkty (jest ich razem 1ε⁢2n) stanowią zbiór n,ε-rozdzielony.

Ćwiczenie 15.2 (Trudniejsza wersja)

Niech M będzie Riemannowską zwartą rozmaitościa, a T:M→M- rozszerzającym przekształceniem, tzn istnieje λ>1 takie że D⁢Tx⁢v≥λ⁢v. Uzasadnić że wówczas T jest nakryciem; niech d będzie stopniem tego nakrycia. Wykazać że h⁢T=log⁡d.

Ćwiczenie 15.3

Niech T będzie hiperbolicznym automorfizmem torusa T2. Wówczas macierz A reprezentująca T ma dwie rzeczywiste wartości własne λ1>1>λ2. Wykazać że h⁢T=log⁡λ1.

Stwierdzenie 15.2

Jeśli X,d1,Y,d2 są przestrzeniami metrycznymi zwartymi, T:X→X, S:Y→Y są sprzężone topologicznie, to h⁢T=h⁢S.

Ustalmy ε>0. Istnieje δ>0 takie że d1⁢x,y<δ⇒d2⁢h⁢x,h⁢y<ε. Wynika stąd że jeśli G jest zbiorem n,ε rozdzielonym dla S, to h-1⁢G jest zbiorem n,δ- rozdzielonym dla T. Zatem

sT⁢n,δ≥sS⁢n,ε

Stąd już łatwo wynika że h⁢T≥h⁢S.

∎

15.2. Związki z entropią metryczną

Następujące dwa twierdzenia podajemy bez dowodu:

Twierdzenie 15.1 (Twierdzenie Goodwyna)

Niech X będzie zwartą przestrzenią metryczną, T:X→X- ciągłym przekształceniem, μ- miarą borelowską probabilistyczną na X, niezmienniczą dla T. Wówczas:

hμ⁢T≤h⁢T

Wzmocnieniem jest silniejsze twierdzenie

Twierdzenie 15.2 (Twierdzenie Goodmana)

Przy poprzednich założeniach, mamy

h⁢T=∑μhμ⁢T

gdzie supremum jest wzięte po wszystkich niezmienniczych borelowskich miarach probabilistycznych.

15.3. Związki ze stopniem przekształcenia

Definicja 15.5

Niech M będzie zwartą, zorientowaną rozmaitością gładką, T:M→M- gładkim przekształceniem. Na M mamy więc naturalną miarę Lebesge'a. Niech x będzie wartością regularną (tw Sarda gwarantuje że jest to zbiór pełnej miary). Stopniem przekształcenia t w x nazywamy

d⁢e⁢gx⁢T=∑y∈T-1⁢xεy

gdzie εy jest równe 1 lub -1 w zależności od tego czy D⁢T⁢y zmienia czy zachowuje orientację.

Uwaga 15.1

Można sprawdzić że w istocie, stopień d⁢e⁢gx⁢T nie zależy od wyboru punktu x- wartości regularnej. Zatem- możemy zdefiniowac d⁢e⁢g⁢T- jako wspólną wartość d⁢e⁢gx⁢T dla wszystkich wartości regularnych x.

Twierdzenie 15.3 (Misiurewicz, Przytycki)

Jeśli M jest gładką orientowalną rozmaitością, a T:M→M- przekzstałceniem klasy C1 to h⁢T≥log⁡d⁢e⁢g⁢T.

Treść automatycznie generowana z plików źródłowych LaTeXa za pomocą oprogramowania wykorzystującego LaTeXML.

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

Projekt współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i przez Uniwersytet Warszawski.