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Nonlinear Dynamics and Chaos I
Last Updated: 2026-06-01 11:31:05
Abstract
Basic facts about nonlinear systems; stability and near-equilibrium dynamics; bifurcations; dynamical systems on the plane; non-autonomous dynamical systems; chaotic dynamics.
Objective
This course is intended for Masters and Ph.D. students in engineering sciences, physics and applied mathematics who are interested in the behavior of nonlinear dynamical systems. It offers an introduction to the qualitative study of nonlinear physical phenomena modeled by differential equations or discrete maps. We discuss applications in classical mechanics, electrical engineering, fluid mechanics, and biology. A more advanced Part II of this class is offered every other year.
Content
(1) Basic facts about nonlinear systems: Existence, uniqueness, and dependence on initial data. (2) Near equilibrium dynamics: Linear and Lyapunov stability (3) Bifurcations of equilibria: Center manifolds, normal forms, and elementary bifurcations (4) Nonlinear dynamical systems on the plane: Phase plane techniques, limit sets, and limit cycles. (5) Time-dependent dynamical systems: Floquet theory, Poincare maps, averaging methods, resonance
Resources
Lecture Notes
Written and typed lecture notes are available in Moodle, as well as recorded lecture videos from an earlier year.
Learning Materials (Links)
- Main link
- Information
General Information
- Language
- English
- Levels
- BSC , MSC
- Frequency
- Yearly recurring
Examination
- Type
- end-of-semester examination
- Mode
- written 120 minutes
- Aids
- No typed or handwritten materials allowed; a formula sheet will be provided. No further materials or electronic devices are allowed.
Course Components
| Type | Title | Time & Place | Hours |
|---|---|---|---|
| lecture with exercise | Nonlinear Dynamics and Chaos I |
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4 h weekly |
Offered In
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Design, Mechanics and Manufacturing (Fokus-Koordinator: Prof. Dennis Kochmann Für die erforderlichen 20 KPs der Fokus-Vertiefung Design, Mechanics and Manufacturing sind alle aufgeführten Fächer wählbar. Bei Bedarf kann ein Kurs aus einer anderen Fokusvertiefung oder aus den Wahlfächern des Bachelorstudiums ausgewählt werden. Empfohlene Kurse und weitere Informationen finden Sie auf der MAVT-Website zur Fokus-Vertiefungen ( ).)
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Fluiddynamik (Eine der beiden Lerneinheiten 151-0103-00L Fluiddynamik II 151-0109-00L Turbulent Flows ist obligatorisch. Studierenden, welche deutschsprachigen Lehrveranstaltungen folgen können, wird 151-0103-00L Fluiddynamik II empfohlen.)
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Wahlfächer (nur Fachrichtung Angewandte Mathematik MSc) (Wahlfächer aus Bereichen der angewandten Mathematik und weiteren anwendungsorientierten Gebieten, welche nur für das Master-Diplom in Angewandter Mathematik anrechenbar sind.)
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Vertiefung: Systems and Control (The core courses and specialisation courses below are a selection for students who wish to specialise in the area of "Systems and Control", see . The individual study plan is subject to the tutor's approval.)
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Vertiefungsfächer (These specialisation courses are particularly recommended for the area of "Systems and Control", but you are free to choose courses from any other field in agreement with your tutor. Semester / Research Projects are not allowed in this category. A minimum of 40 credits must be obtained from specialisation courses during the Master's Programme.)
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Allgemeine Wahlfächer (Den Studierenden steht das gesamte Lehrangebot der ETH Zürich zur individuellen Auswahl offen - mit folgenden Einschränkungen: Lehrveranstaltungen aus den ersten beiden Studienjahren eines Bachelor-Curriculums der ETH Zürich sowie Lehrveranstaltungen aus GESS "Wissenschaft im Kontext" sind nicht als allgemeines Wahlfach anrechenbar. Die Dozierenden folgender Lehrveranstaltungen empfehlen sie ausdrücklich den Studierenden der Physik. (Für die Lehrveranstaltungen in dieser Liste können Sie die Kategorie "Allgemeine Wahlfächer" direkt in myStudies zuordnen. Für die Kategoriezuordnung anderer zugelassener Lehrveranstaltungen lassen Sie bei der Prüfungsanmeldung "keine Kategorie" ausgewählt und wenden Sie sich nach dem Verfügen des Prüfungsresultates an das Studiensekretariat ( ).))
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Fachspezifische Vertiefung (Es müssen mindestens 20 KP aus den Deep Track Lerneinheiten absolviert werden. Überzählige KP können für Wahlfächer angerechnet werden.)
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Wahlfächer Aerospace Engineering (Diese Fächer können nur als Wahlfach angerechnet werden.)
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