Bifurcations in Nagumo Equations on Graphs and Fiedler Vectors

Abstract

Reakčně-difuzní rovnice slouží jako základní model pro mnohé dynamické jevy jako např. vznik vzorků a cestujících vln. Prostorově diskrétní analogie Nagumovy rovnice na mřížkách a grafech poskytují náhledy na to, jak jsou tyto jevy ovlivněny diskrétní a spojitou prostorovou strukturou. Na příklad, Nagumova rovnice na grafech představuje vícedimenzionální problém, který má exponenciální počet stacionárních řešení v případě, kdy reakce dominuje nad difuzí. Naopak, pro dostatečně silnou difuzi, existují pouze tři konstantní řešení. Ukazujeme jak je vznik prostorově heterogenních řešení úze spojen s druhým vlastním číslem Laplaceovy matice grafu, tzv. algebraickou konektivita. Pro grafy s jednoduchou algebraickou konektivitou je typ bifurkace těchto řešení určen vlastnostmi druhého vlastního vektoru, tzv. Fiedlerova vektoru.