課程資訊
課程名稱
延時微分方程
Delay Differential Equations 
開課學期
109-1 
授課對象
理學院  數學系  
授課教師
戴佳原 
課號
MATH5243 
課程識別碼
221 U8790 
班次
 
學分
3.0 
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期四2,3,4(9:10~12:10) 
上課地點
天數101 
備註
總人數上限:50人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1091MATH5243_ 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
本課程尚未建立核心能力關連
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

動力系統(dynamical system)是研究「變動」的數學理論。它起源於天體力學,是「決定論」(determinism)宇宙觀的基礎,近代則與「隨機」跟「混沌」不斷纏鬥。

本課程將從「無窮維動力系統」的觀點研究「延時微分方程」,探討延時(time delay)對非線性現象的影響。我們首先介紹解的存在性、唯一性和穩定性,接著介紹相關重要應用,例如「延時反饋控制」(time-delayed feedback control)以及生態模擬中的「全域分歧」(global bifurcation)現象。

本課程中文授課,板書英文為主(必要時提供中文翻譯),紙本作業跟期末考試皆以英文出題。請留意課程內容著重於數學理論,不涉及數值計算。

修習〈延時微分方程〉的建議先備條件:常微分方程的基本觀念、求知的欲望、開放的心胸。
 

課程目標
目標一:熟悉從動力系統的觀點研究延時微分方程。
目標二:掌握解的存在、唯一跟穩定性理論。
目標三:介紹延時微分方程的重要應用,例如反饋控制跟生態模擬。 
課程要求
線性代數、常微分方程導論 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
每週二 12:20~14:00 備註: 地點:天數 305 室 
指定閱讀
課程講義 
參考書目
以下參考書目依照作者姓氏排序,請同學依需要跟志趣參考:

[1] O. Diekmann, S. A. van Gils, S.M. Verduyn Lunel, H.-O. Walther: Delay Equations, Springer, 1995.
[2] R. D. Driver: Ordinary and Delay Differential Equations, Springer, 1977.
[3] T. Erneux: Applied Delay Differential Equations, Springer, 2009.
[4] J. K. Hale: Theory of Functional Differential Equations Springer, 1977
[5] J. K. Hale, S. M. Verduyn Lunel: Introduction to Functional Differential Equations, Springer, 1993
[6] H. Smith: An Introduction to Delay Differential Equations with Applications to the Life Sciences, Springer, 2011.

以下為上課內容相關之期刊文章,請同學依需要參考:

[HoAm12]
E.W. Hooton and A. Amann: Analytical Limitation for Time-Delayed Feedback Control in Autonomous Systems (2012)

[Ma88]
J. Mallet-Paret: Morse Decompositions for Delay-Differential Equations (1988)

[ScBo16]
I. Schneider and M. Bosewitz: Eliminating restrictions of time-delayed feedback control using equivariance (2016)

[VeWo17]
S.M. Verduyn Lunel and B. de Wolff: Control by time delayed feedback near a Hopf bifurcation point (2017)

[Yaetal15]
S. Yanchuk, L. Lücken, M. Wolfrum, A. Mielke: Spectrum and amplitude equations for scalar-delay differential equations with
large delay (2015) 
評量方式
(僅供參考)
 
No.
項目
百分比
說明
1. 
紙本作業 
70% 
每週二下午五點前繳交該週習題至天數 455 室(第一次作業 09/22 繳交)。共 14 份作業(第三週、第十一週跟第十七週無作業),每份作業滿分 16 分。紙本作業總成績計分公式 = 作業總得分 * 0.5 跟 70 分取最小值。 註:鼓勵作業討論,建議兩人一組繳交一份作業。 註:作業逾期不得補交。 註:作業嚴禁抄襲。若經查證有相當證據確信抄襲之該份作業零分。累積兩次作業抄襲之同學,學期成績得 F 等第。 
2. 
期末考 
30% 
於 2021 年 1 月 7 日 0910 ~ 1110 舉行,考試時間兩小時,考試結束後討論試題。  
 
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
9/17  Introduction;
Basic DDEs 
第2週
9/24  Are DDEs finite- or infinite-dimensional?;
Viewpoint of dynamical systems 
第3週
10/01  中秋節放假 
第4週
10/08  Existence, uniqueness, and continuation;
Eventually compact semiflows 
第5週
10/15  Linear autonomous FDEs;
Characteristic equations 
第6週
10/22  Infinitely many eigenvalues of linear discrete DDEs;
Stability region 
第7週
10/29  Spectral effect of small delays;
Variation-of-constant formula for linear discrete DDEs;
Growth rates for FDEs (sketch of ideas) 
第8週
11/05  Variation-of-constants formula (sun-star calculus)
 
第9週
11/12  Spectral effect of large delays;
Example: Neutral differential difference equations 
第10週
11/19  (Interlude)
Floquet theory for ODEs;
Local stability of ODE periodic orbits 
第11週
11/26  停課一次(受邀演講,擇期補課) 
第12週
12/03  Invariant manifolds 
第13週
12/10  Pyragas' feedback control stabilization;
Example: Subcritical Stuart-Landau oscillators; 
第14週
12/17  Limitation of Pyragas' control;
Equivariant Pyragas' control;
Example: Stuart-Landau oscillations on a ring 
第15週
12/24  Example: Stuart-Landau oscillations on a ring (cont.) 
第16週
12/31  DDEs of negative feedback type;
Global attractors;
Zero number and Morse decomposition 
第17週
1/07  期末考於 0910 ~ 1110 舉行,英文命題。