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Difference between revisions of "Poincaré sphere"

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<table><TR><TD valign="top">[1a]</TD> <TD valign="top"> H. Poincaré,   "Mémoire sur les courbes définiés par une équation differentielle"  ''J. de Math.'' , '''7'''  (1881)  pp. 375–422</TD></TR><TR><TD valign="top">[1b]</TD> <TD valign="top"> H. Poincaré,   "Mémoire sur les courbes définiés par une équation differentielle"  ''J. de Math.'' , '''8'''  (1882)  pp. 251–296</TD></TR><TR><TD valign="top">[1c]</TD> <TD valign="top"> H. Poincaré,   "Mémoire sur les courbes définiés par une équation differentielle"  ''J. de Math.'' , '''1'''  (1885)  pp. 167–244</TD></TR><TR><TD valign="top">[1d]</TD> <TD valign="top"> H. Poincaré,   "Mémoire sur les courbes définiés par une équation differentielle"  ''J. de Math.'' , '''2'''  (1886)  pp. 151–217</TD></TR><TR><TD valign="top">[2]</TD> <TD valign="top">  A.A. Andronov,  E.A. Leontovich,  I.I. Gordon,  A.G. Maier,  "Qualitative theory of second-order dynamic systems" , Wiley  (1973)  (Translated from Russian)</TD></TR><TR><TD valign="top">[3]</TD> <TD valign="top">  S. Lefschetz,  "Differential equations: geometric theory" , Interscience  (1957)</TD></TR></table>
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<TR><TD valign="top">[1a]</TD> <TD valign="top"> H. Poincaré, "Mémoire sur les courbes définies par une équation différentielle"  ''J. de Math.'' , '''7'''  (1881)  pp. 375–422</TD></TR>
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<TR><TD valign="top">[1b]</TD> <TD valign="top"> H. Poincaré, "Mémoire sur les courbes définies par une équation différentielle"  ''J. de Math.'' , '''8'''  (1882)  pp. 251–296</TD></TR>
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<TR><TD valign="top">[1d]</TD> <TD valign="top"> H. Poincaré, "Mémoire sur les courbes définies par une équation différentielle"  ''J. de Math.'' , '''2'''  (1886)  pp. 151–217</TD></TR>
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<TR><TD valign="top">[2]</TD> <TD valign="top">  A.A. Andronov,  E.A. Leontovich,  I.I. Gordon,  A.G. Maier,  "Qualitative theory of second-order dynamic systems" , Wiley  (1973)  (Translated from Russian)</TD></TR>
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<TR><TD valign="top">[3]</TD> <TD valign="top">  S. Lefschetz,  "Differential equations: geometric theory" , Interscience  (1957)</TD></TR>
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Revision as of 19:16, 17 March 2023


The sphere in the space $ \mathbf R ^ {3} $ with diametrically-opposite points identified. The Poincaré sphere is diffeomorphic to the projective plane $ \mathbf R P ^ {2} $; it was introduced by H. Poincaré (see ) to investigate the behaviour at infinity of the phase trajectories of a two-dimensional autonomous system

$$ \tag{1 } \dot{x} = P ( x , y ) ,\ \ \dot{y} = Q ( x , y ) $$

when $ P $ and $ Q $ are polynomials. The Poincaré sphere is usually depicted so that it touches the $ ( x , y ) $- plane; the projection from the centre of the Poincaré sphere gives a one-to-one mapping onto $ \mathbf R P ^ {2} $, and, moreover, a point at infinity corresponds to a pair of diametrically-opposite points on the equator. Accordingly the phase trajectories of the system (1) map onto curves on the sphere.

An equivalent method of investigating the system (1) is to apply a Poincaré transformation:

a)

$$ x = \frac{1}{z} ,\ y = \frac{u}{z} , $$

or

b)

$$ x = \frac{u}{z} ,\ y = \frac{1}{z} . $$

The first (respectively, the second) is suitable outside a sector containing the $ y $- axis ( $ x $- axis). For example, the transformation a) reduces the system (1) to the form

$$ \tag{1'} \frac{du}{d \tau } = P ^ {*} ( u , z ) ,\ \ \frac{dz}{d \tau } = Q ^ {*} ( u , z ) , $$

where $ d t = z ^ {n} d \tau $ and $ n $ is the largest of the degrees of $ P $, $ Q $; the singular points of the system (1'}) are called the singular points at infinity of the system (1). If the polynomials $ P $ and $ Q $ are coprime, then the polynomials $ P ^ {*} $ and $ Q ^ {*} $ are also coprime and the system (1) has a finite number of singular points at infinity.

References

[1a] H. Poincaré, "Mémoire sur les courbes définies par une équation différentielle" J. de Math. , 7 (1881) pp. 375–422
[1b] H. Poincaré, "Mémoire sur les courbes définies par une équation différentielle" J. de Math. , 8 (1882) pp. 251–296
[1c] H. Poincaré, "Mémoire sur les courbes définies par une équation différentielle" J. de Math. , 1 (1885) pp. 167–244
[1d] H. Poincaré, "Mémoire sur les courbes définies par une équation différentielle" J. de Math. , 2 (1886) pp. 151–217
[2] A.A. Andronov, E.A. Leontovich, I.I. Gordon, A.G. Maier, "Qualitative theory of second-order dynamic systems" , Wiley (1973) (Translated from Russian)
[3] S. Lefschetz, "Differential equations: geometric theory" , Interscience (1957)
How to Cite This Entry:
Poincaré sphere. Encyclopedia of Mathematics. URL: http://encyclopediaofmath.org/index.php?title=Poincar%C3%A9_sphere&oldid=48209
This article was adapted from an original article by M.V. Fedoryuk (originator), which appeared in Encyclopedia of Mathematics - ISBN 1402006098. See original article