Descrição
Uma das grandes referências em português sobre Teoria Ergódica, escrita por dois especialistas brasileiros em Sistemas Dinâmicos
Se você busca uma das principais referências em teoria ergódica em português para estudar sistemas dinâmicos com medidas invariantes, Fundamentos da Teoria Ergódica, de Marcelo Viana e Krerley Oliveira, é uma escolha essencial. Publicado pela Sociedade Brasileira de Matemática (SBM) na Coleção Fronteiras da Matemática, o livro combina rigor, profundidade e clareza didática em uma exposição autocontida da Teoria Ergódica moderna. Esta é a 2ª edição, publicada em 2019, revista e ampliada em relação à primeira tiragem de 2014.
Destinado a estudantes de graduação avançada, pós-graduação, professores e pesquisadores, o livro reúne, em um único volume coerente, o núcleo central da Teoria Ergódica — da recorrência de Poincaré ao Teorema de Ruelle e ao formalismo termodinâmico. Antes mesmo de ser publicado pela SBM, o material que deu origem à obra já era utilizado como texto de cursos em universidades do Brasil, dos Estados Unidos e do Chile.
Sobre o Livro
A Teoria Ergódica é a disciplina matemática que estuda sistemas dinâmicos munidos de medidas invariantes. Suas origens remontam à física do século XIX — à mecânica celeste, à teoria cinética dos gases e aos trabalhos de Boltzmann, Maxwell e Gibbs — mas foi ao longo do século XX que ela se consolidou como uma das áreas mais férteis da matemática, com conexões profundas com Sistemas Dinâmicos, Análise, Probabilidade, Combinatória e Teoria dos Números.
O grande mérito desta obra é equilibrar rigor matemático e acessibilidade didática. Nascido a partir de notas de minicursos ministrados pelos autores em escolas de verão e encontros voltados à formação de jovens talentos, o texto preserva o caráter relativamente elementar dos capítulos iniciais — que podem ser estudados com pré-requisitos moderados — e avança progressivamente até temas próximos da pesquisa contemporânea.
Os autores fizeram questão de manter o livro o mais autocontido possível. Os apêndices reúnem as principais noções de Teoria da Medida, Topologia, Análise, variedades diferenciáveis, espaços de Hilbert e teoremas espectrais necessárias ao desenvolvimento da obra. Essa estrutura permite que o leitor retome conceitos fundamentais sem precisar recorrer constantemente a outros textos.
Uma característica especialmente valiosa para quem estuda por conta própria é o tratamento dado aos exercícios. Eles não aparecem apenas como complemento, mas como parte ativa da aprendizagem: servem para fixar conceitos, desenvolver argumentos auxiliares e testar a compreensão global da teoria. Ao final, o livro traz dicas e soluções mais ou menos detalhadas de todos os exercícios, um diferencial importante em um texto de matemática avançada.
Exemplos e aplicações concretas aparecem ao longo de todo o livro. Construções clássicas como a expansão decimal, a transformação de Gauss, rotações no círculo e nos toros, deslocamentos de Bernoulli e de Markov, endomorfismos lineares do toro, sistemas de Anosov, fluxos geodésicos e transformações expansoras são introduzidas gradualmente e retomadas nos capítulos seguintes para ilustrar cada novo conceito.
Fundamentos da Teoria Ergódica ocupa um lugar especial no catálogo da SBM: foi a obra inaugural da coleção Fronteiras da Matemática, criada para reunir textos voltados a estudantes de pós-graduação e pesquisadores em temas de pesquisa matemática contemporânea.
Sumário
1 Medidas Invariantes e Recorrência
- 1.1 Medidas invariantes
- 1.1.1 Exercícios
- 1.2 Teorema de recorrência de Poincaré
- 1.2.1 Versão mensurável
- 1.2.2 Teorema de Kac
- 1.2.3 Versão topológica
- 1.2.4 Exercícios
- 1.3 Exemplos
- 1.3.1 Expansão decimal
- 1.3.2 Transformação de Gauss
- 1.3.3 Rotações no círculo
- 1.3.4 Rotações em toros
- 1.3.5 Transformações conservativas
- 1.3.6 Fluxos conservativos
- 1.3.7 Exercícios
- 1.4 Indução
- 1.4.1 Transformação de primeiro retorno
- 1.4.2 Transformações induzidas
- 1.4.3 Torres de Kakutani–Rokhlin
- 1.4.4 Exercícios
- 1.5 Teoremas de recorrência múltipla
- 1.5.1 Teorema de recorrência múltipla de Birkhoff
- 1.5.2 Exercícios
2 Existência de Medidas Invariantes
- 2.1 Topologia fraca*
- 2.1.1 Definição e propriedades da topologia fraca*
- 2.1.2 Teorema Portmanteau
- 2.1.3 A topologia fraca* é metrizável
- 2.1.4 A topologia fraca* é compacta
- 2.1.5 Teorema de Prohorov
- 2.1.6 Exercícios
- 2.2 Demonstração do teorema de existência
- 2.2.1 Exercícios
- 2.3 Comentários de Análise Funcional
- 2.3.1 Dualidade e topologias fracas
- 2.3.2 Operador de Koopman
- 2.3.3 Exercícios
- 2.4 Produtos semidiretos e extensões naturais
- 2.4.1 Medidas em produtos semidiretos
- 2.4.2 Extensões naturais
- 2.4.3 Exercícios
- 2.5 Progressões aritméticas
- 2.5.1 Teorema de van der Waerden
- 2.5.2 Teorema de Szemerédi
- 2.5.3 Exercícios
3 Teoremas Ergódicos
- 3.1 Teorema ergódico de von Neumann
- 3.1.1 Isometrias em espaços de Hilbert
- 3.1.2 Enunciado e prova do teorema
- 3.1.3 Convergência em L2(μ)
- 3.1.4 Exercícios
- 3.2 Teorema ergódico de Birkhoff
- 3.2.1 Tempo médio de visita
- 3.2.2 Médias temporais
- 3.2.3 Teorema de von Neumann e consequências
- 3.2.4 Exercícios
- 3.3 Teorema ergódico subaditivo
- 3.3.1 Preparação da demonstração
- 3.3.2 Lema fundamental
- 3.3.3 Estimativa da função φ−
- 3.3.4 Majoração da função φ+
- 3.3.5 Expoentes de Lyapunov
- 3.3.6 Exercícios
- 3.4 Tempo discreto e tempo contínuo
- 3.4.1 Fluxos suspensão
- 3.4.2 Transformações de Poincaré
- 3.4.3 Exercícios
4 Ergodicidade
- 4.1 Sistemas ergódicos
- 4.1.1 Conjuntos e funções invariantes
- 4.1.2 Caracterização espectral
- 4.1.3 Exercícios
- 4.2 Exemplos
- 4.2.1 Rotações em toros
- 4.2.2 Expansão decimal
- 4.2.3 Deslocamentos de Bernoulli
- 4.2.4 Transformação de Gauss
- 4.2.5 Endomorfismos lineares do toro
- 4.2.6 Argumento de Hopf
- 4.2.7 Exercícios
- 4.3 Propriedades das medidas ergódicas
- 4.3.1 Exercícios
- 4.4 Comentários de Dinâmica Conservativa
- 4.4.1 Sistemas hamiltonianos
- 4.4.2 Teoria de Kolmogorov–Arnold–Moser
- 4.4.3 Pontos periódicos elípticos
- 4.4.4 Fluxos geodésicos
- 4.4.5 Sistemas de Anosov
- 4.4.6 Bilhares
- 4.4.7 Exercícios
5 Decomposição Ergódica
- 5.1 Teorema da decomposição ergódica
- 5.1.1 Enunciado do teorema
- 5.1.2 Desintegração de uma medida
- 5.1.3 Partições mensuráveis
- 5.1.4 Prova do teorema da decomposição ergódica
- 5.1.5 Exercícios
- 5.2 Teorema da desintegração de Rokhlin
- 5.2.1 Esperanças condicionais
- 5.2.2 Mergulho mensurável
- 5.2.3 Construção das medidas condicionais
- 5.2.4 Exercícios
6 Unicidade Ergódica
- 6.1 Unicidade ergódica
- 6.1.1 Exercícios
- 6.2 Minimalidade
- 6.2.1 Exercícios
- 6.3 Medida de Haar
- 6.3.1 Rotações em toros
- 6.3.2 Grupos topológicos e grupos de Lie
- 6.3.3 Translações em grupos compactos metrizáveis
- 6.3.4 Odômetros
- 6.3.5 Exercícios
- 6.4 Teorema de Weyl
- 6.4.1 Ergodicidade
- 6.4.2 Unicidade ergódica
- 6.4.3 Demonstração do teorema de Weyl
- 6.4.4 Exercícios
7 Correlações
- 7.1 Sistemas misturadores
- 7.1.1 Propriedades
- 7.1.2 Mistura fraca
- 7.1.3 Caracterização espectral
- 7.1.4 Exercícios
- 7.2 Deslocamentos de Markov
- 7.2.1 Ergodicidade
- 7.2.2 Mistura
- 7.2.3 Exercícios
- 7.3 Intercâmbios de intervalos
- 7.3.1 Minimalidade e ergodicidade
- 7.3.2 Mistura
- 7.3.3 Exercícios
- 7.4 Decaimento de correlações
- 7.4.1 Exercícios
8 Sistemas Equivalentes
- 8.1 Equivalência ergódica
- 8.1.1 Exercícios
- 8.2 Equivalência espectral
- 8.2.1 Invariantes de equivalência espectral
- 8.2.2 Autovetores e mistura fraca
- 8.2.3 Exercícios
- 8.3 Espectro discreto
- 8.3.1 Exercícios
- 8.4 Espectro de Lebesgue
- 8.4.1 Exemplos e propriedades
- 8.4.2 O caso invertível
- 8.4.3 Exercícios
- 8.5 Espaços de Lebesgue e isomorfismo ergódico
- 8.5.1 Isomorfismo ergódico
- 8.5.2 Espaços de Lebesgue
- 8.5.3 Exercícios
9 Entropia
- 9.1 Definição de entropia
- 9.1.1 Entropia em Teoria da Informação
- 9.1.2 Entropia de uma partição
- 9.1.3 Entropia de um sistema dinâmico
- 9.1.4 Exercícios
- 9.2 Teorema de Kolmogorov–Sinai
- 9.2.1 Partições geradoras
- 9.2.2 Semicontinuidade da entropia
- 9.2.3 Transformações expansivas
- 9.2.4 Exercícios
- 9.3 Entropia local
- 9.3.1 Prova do teorema de Shannon–McMillan–Breiman
- 9.3.2 Exercícios
- 9.4 Exemplos
- 9.4.1 Deslocamentos de Markov
- 9.4.2 Transformação de Gauss
- 9.4.3 Endomorfismos lineares do toro
- 9.4.4 Aplicações diferenciáveis
- 9.4.5 Exercícios
- 9.5 Entropia e equivalência
- 9.5.1 Automorfismos de Bernoulli
- 9.5.2 Sistemas com entropia nula
- 9.5.3 Sistemas de Kolmogorov
- 9.5.4 Sistemas exatos
- 9.5.5 Exercícios
- 9.6 Entropia e decomposição ergódica
- 9.6.1 Afinidade
- 9.6.2 Demonstração do teorema de Jacobs
- 9.6.3 Exercícios
- 9.7 Jacobianos e fórmula de Rokhlin
- 9.7.1 Exercícios
10 Princípio Variacional
- 10.1 Entropia topológica
- 10.1.1 Definição via coberturas abertas
- 10.1.2 Conjuntos geradores e conjuntos separados
- 10.1.3 Cálculo e propriedades
- 10.1.4 Exercícios
- 10.2 Exemplos
- 10.2.1 Transformações expansivas
- 10.2.2 Deslocamentos de tipo finito
- 10.2.3 Entropia topológica de fluxos
- 10.2.4 Transformações diferenciáveis
- 10.2.5 Endomorfismos lineares do toro
- 10.2.6 Exercícios
- 10.3 Pressão
- 10.3.1 Definição via coberturas abertas
- 10.3.2 Conjuntos geradores e conjuntos separados
- 10.3.3 Propriedades
- 10.3.4 Comentários de Mecânica Estatística
- 10.3.5 Exercícios
- 10.4 Princípio variacional
- 10.4.1 Prova da cota superior
- 10.4.2 Aproximando a pressão
- 10.4.3 Exercícios
- 10.5 Estados de equilíbrio
- 10.5.1 Exercícios
11 Transformações Expansoras
- 11.1 Transformações expansoras em variedades
- 11.1.1 Lema de distorção
- 11.1.2 Existência de medidas ergódicas
- 11.1.3 Unicidade e conclusão da prova
- 11.1.4 Exercícios
- 11.2 Dinâmica das transformações expansoras
- 11.2.1 Ramos inversos contrativos
- 11.2.2 Sombreamento e pontos periódicos
- 11.2.3 Decomposição dinâmica
- 11.2.4 Exercícios
- 11.3 Entropia e pontos periódicos
- 11.3.1 Taxa de crescimento dos pontos periódicos
- 11.3.2 Aproximação por medidas atômicas
- 11.3.3 Exercícios
12 Formalismo Termodinâmico
- 12.1 Teorema de Ruelle
- 12.1.1 Medida de referência
- 12.1.2 Distorção e propriedade de Gibbs
- 12.1.3 Densidade invariante
- 12.1.4 Construção do estado de equilíbrio
- 12.1.5 Pressão e autovalores
- 12.1.6 Unicidade do estado de equilíbrio
- 12.1.7 Exatidão
- 12.1.8 Medidas absolutamente contínuas
- 12.1.9 Exercícios
- 12.2 Teorema de Livšic
- 12.2.1 Exercícios
- 12.3 Decaimento de correlações
- 12.3.1 Distâncias projetivas
- 12.3.2 Cones de funções Hölder
- 12.3.3 Convergência exponencial
- 12.3.4 Exercícios
- 12.4 Dimensão de repulsores conformes
- 12.4.1 Dimensão de Hausdorff
- 12.4.2 Repulsores conformes
- 12.4.3 Distorção e conformalidade
- 12.4.4 Existência e unicidade de d0
- 12.4.5 Cota superior
- 12.4.6 Cota inferior
- 12.4.7 Exercícios
A Elementos de Medida, Topologia e Análise
- A.1 Espaços de medida
- A.1.1 Espaços mensuráveis
- A.1.2 Espaços de medida
- A.1.3 Medida de Lebesgue
- A.1.4 Aplicações mensuráveis
- A.1.5 Exercícios
- A.2 Integração em espaços de medida
- A.2.1 Integral de Lebesgue
- A.2.2 Teoremas de convergência
- A.2.3 Produto de medidas
- A.2.4 Derivação de medidas
- A.2.5 Exercícios
- A.3 Medidas em espaços métricos
- A.3.1 Medidas regulares
- A.3.2 Espaços métricos separáveis completos
- A.3.3 Espaço das funções contínuas
- A.3.4 Exercícios
- A.4 Variedades diferenciáveis
- A.4.1 Variedades e aplicações diferenciáveis
- A.4.2 Espaço tangente e aplicação derivada
- A.4.3 Espaço cotangente e formas diferenciais
- A.4.4 Transversalidade
- A.4.5 Variedades riemannianas
- A.4.6 Exercícios
- A.5 Espaços Lp(μ)
- A.5.1 Espaço Lp(μ) com 1 ≤ p < ∞
- A.5.2 Produto interno em L2(μ)
- A.5.3 Funções essencialmente limitadas
- A.5.4 Convexidade
- A.5.5 Exercícios
- A.6 Espaços de Hilbert
- A.6.1 Ortogonalidade
- A.6.2 Dualidade
- A.6.3 Exercícios
- A.7 Teoremas espectrais
- A.7.1 Medidas espectrais
- A.7.2 Representação espectral
- A.7.3 Exercícios
B Soluções de Exercícios Selecionados
Bibliografia
Índice remissivo
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