Dynamics, synchronization, and stability in coupled economic models and Colpitts oscillators
| Ano de defesa: | 2024 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59135/tde-19112024-121238/ |
Resumo: | This study investigates the chaotic dynamics and synchronization phenomena in two distinct complex dynamical systems: the Economic Van der Pol System and the Colpitts Circuit. The Economic Van der Pol System, a modified version of the classical Van der Pol oscillator, models economic cycles through interactions between savings, GDP, and foreign capital inflow. It exhibits behaviors ranging from limit cycles to chaos, analyzed using Lyapunov exponents, synchronization states, and the Master Stability Function (MSF). Stable synchronization is observed under specific conditions, with intermittent desynchronization for higher coupling values. These findings enhance understanding of economic stability and business cycle synchronization. The Colpitts Circuit, an electronic oscillator, displays periodic and chaotic behavior under varying parameters. Analysis of coupled Colpitts oscillators reveals synchronization and desynchronization phases governed by the coupling parameter, with insights into intermittent synchronization phenomena and power-law behavior. These findings have significant implications for secure communications and signal processing. By employing advanced methods such as Lyapunov exponents and MSF analysis, this work provides a detailed characterization of chaotic systems, linking nonlinear dynamics with practical applications. The research advances our understanding of highly nonlinear behaviors in economic and electronic systems, emphasizing the intricate balance between stability and chaos. These insights pave the way for future studies on complex networks and the challenges posed by high nonlinearity in chaotic systems. |
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Dynamics, synchronization, and stability in coupled economic models and Colpitts oscillatorsDinâmica, sincronização e estabilidade em modelos econômicos acoplados e osciladores colpittsAtratoresCiclos econômicosCircuito ColpittsDinâmica caóticaExpoentes de LyapunovFunções de estabilidade mestraOsciladores eletrônicosSistema econômico de Van Der PolSistemas dinâmicos complexosTeoria do caosThis study investigates the chaotic dynamics and synchronization phenomena in two distinct complex dynamical systems: the Economic Van der Pol System and the Colpitts Circuit. The Economic Van der Pol System, a modified version of the classical Van der Pol oscillator, models economic cycles through interactions between savings, GDP, and foreign capital inflow. It exhibits behaviors ranging from limit cycles to chaos, analyzed using Lyapunov exponents, synchronization states, and the Master Stability Function (MSF). Stable synchronization is observed under specific conditions, with intermittent desynchronization for higher coupling values. These findings enhance understanding of economic stability and business cycle synchronization. The Colpitts Circuit, an electronic oscillator, displays periodic and chaotic behavior under varying parameters. Analysis of coupled Colpitts oscillators reveals synchronization and desynchronization phases governed by the coupling parameter, with insights into intermittent synchronization phenomena and power-law behavior. These findings have significant implications for secure communications and signal processing. By employing advanced methods such as Lyapunov exponents and MSF analysis, this work provides a detailed characterization of chaotic systems, linking nonlinear dynamics with practical applications. The research advances our understanding of highly nonlinear behaviors in economic and electronic systems, emphasizing the intricate balance between stability and chaos. These insights pave the way for future studies on complex networks and the challenges posed by high nonlinearity in chaotic systems.Este estudo investiga a dinâmica caótica e os fenômenos de sincronização em dois sistemas dinâmicos complexos distintos: o Sistema Econômico de Van der Pol e o Circuito de Colpitts. O Sistema Econômico de Van der Pol, uma versão modificada do oscilador clássico de Van der Pol, modela ciclos econômicos por meio das interações entre poupança, PIB e entrada de capital estrangeiro. Ele apresenta comportamentos que variam de ciclos limites a caos, analisados por meio de expoentes de Lyapunov, estados de sincronização e a Função Mestra de Estabilidade (MSF). Sincronização estável é observada sob condições específicas, com dessincronização intermitente para valores mais altos de acoplamento. Esses resultados ampliam a compreensão da estabilidade econômica e da sincronização de ciclos econômicos. O Circuito de Colpitts, um oscilador eletrônico, exibe comportamentos periódicos e caóticos sob parâmetros variados. A análise de osciladores de Colpitts acoplados revela fases de sincronização e dessincronização governadas pelo parâmetro de acoplamento, com insights sobre fenômenos de sincronização intermitente e comportamento de lei de potência. Esses achados têm implicações significativas para comunicações seguras e processamento de sinais. Utilizando métodos avançados como expoentes de Lyapunov e análise de MSF, este trabalho fornece uma caracterização detalhada de sistemas caóticos, ligando dinâmicas não lineares a aplicações práticas. A pesquisa avança a compreensão dos comportamentos altamente não lineares em sistemas econômicos e eletrônicos, enfatizando o equilíbrio intrincado entre estabilidade e caos. Esses insights abrem caminho para futuros estudos sobre redes complexas e os desafios impostos pela alta não linearidade em sistemas caóticos.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPFerreira, Fernando FagundesMolina, Victor Emmanuel Camargo2024-09-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59135/tde-19112024-121238/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-03-18T17:02:02Zoai:teses.usp.br:tde-19112024-121238Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-03-18T17:02:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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This study investigates the chaotic dynamics and synchronization phenomena in two distinct complex dynamical systems: the Economic Van der Pol System and the Colpitts Circuit. The Economic Van der Pol System, a modified version of the classical Van der Pol oscillator, models economic cycles through interactions between savings, GDP, and foreign capital inflow. It exhibits behaviors ranging from limit cycles to chaos, analyzed using Lyapunov exponents, synchronization states, and the Master Stability Function (MSF). Stable synchronization is observed under specific conditions, with intermittent desynchronization for higher coupling values. These findings enhance understanding of economic stability and business cycle synchronization. The Colpitts Circuit, an electronic oscillator, displays periodic and chaotic behavior under varying parameters. Analysis of coupled Colpitts oscillators reveals synchronization and desynchronization phases governed by the coupling parameter, with insights into intermittent synchronization phenomena and power-law behavior. These findings have significant implications for secure communications and signal processing. By employing advanced methods such as Lyapunov exponents and MSF analysis, this work provides a detailed characterization of chaotic systems, linking nonlinear dynamics with practical applications. The research advances our understanding of highly nonlinear behaviors in economic and electronic systems, emphasizing the intricate balance between stability and chaos. These insights pave the way for future studies on complex networks and the challenges posed by high nonlinearity in chaotic systems. |
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