Lie-Ableitung eines Skalarfeldes
(%i1) LieScalar ( [ l ] ) : = block ( [ f , h , x , k , Lfh ] ,
   if ( length ( l ) < 3 ) or ( length ( l ) > 4 ) then
      error ( "Aufruf mit 3 oder 4 Argumenten." ) ,
   f : l [ 1 ] ,
   h : l [ 2 ] ,
   x : l [ 3 ] ,
   if length ( l ) = 3 then k : 1 else k : l [ 4 ] ,
   if not ( nonnegintegerp ( k ) ) then
      error ( "Ordnung k muss natürliche Zahl sein." ) ,
   if k = 0 then return ( h )
   else
       Lfh : jacobian ( [ h ] , x ) . f ,
       return ( LieScalar ( f , Lfh , x , k 1 ) )
) $
Beobachtbarkeitsabbildung
(%i2) ObservabilityMap ( f , h , x ) : = block ( [ i , n ] ,
   n : length ( x ) ,
   makelist ( LieScalar ( f , h , x , i ) , i , 0 , n 1 )
   ) $
Beobachtbarkeitsmatrix
(%i3) ObservabilityMatrix ( f , h , x ) : = jacobian ( ObservabilityMap ( f , h , x ) , x ) $
Lie-Klammer
(%i4) LieBracket ( [ l ] ) : = block ( [ f , g , x , k , Df , Dg , ad ] ,
   if ( length ( l ) < 3 ) or ( length ( l ) > 4 ) then
      error ( "Aufruf mit 3 oder 4 Argumenten." ) ,
   f : l [ 1 ] ,
   g : l [ 2 ] ,
   x : l [ 3 ] ,
   if length ( l ) = 3 then k : 1 else k : l [ 4 ] ,
   if not ( nonnegintegerp ( k ) ) then
      error ( "Ordnung k muss natürliche Zahl sein." ) ,
   if k = 0 then return ( g )
   else
       Df : jacobian ( f , x ) ,
       Dg : jacobian ( g , x ) ,
       ad : list_matrix_entries ( Dg . f Df . g ) ,
       return ( LieBracket ( f , ad , x , k 1 ) )
) $
Beispiel: Rössler-System
(%i8) f : [ x2 x3 , x1 + a · x2 , c + x3 · ( x1 b ) ] ;
h : log ( x3 ) ;
x : [ x1 , x2 , x3 ] $
n : length ( x ) $

\[\operatorname{(f) }\left[ -\ensuremath{\mathrm{x3}}-\ensuremath{\mathrm{x2}}\operatorname{,}a\, \ensuremath{\mathrm{x2}}+\ensuremath{\mathrm{x1}}\operatorname{,}\left( \ensuremath{\mathrm{x1}}-b\right) \, \ensuremath{\mathrm{x3}}+c\right] \]

\[\operatorname{(h) }\log{\left( \ensuremath{\mathrm{x3}}\right) }\]

Beobachtbarkeitsmatrix
(%i9) Q : ratsimp ( ObservabilityMatrix ( f , h , x ) ) ;

\[\operatorname{(Q) }\begin{pmatrix}0 & 0 & \frac{1}{\ensuremath{\mathrm{x3}}}\\ 1 & 0 & -\frac{c}{{{\ensuremath{\mathrm{x3}}}^{2}}}\\ -\frac{c}{\ensuremath{\mathrm{x3}}} & -1 & -\frac{{{\ensuremath{\mathrm{x3}}}^{3}}+\left( b c-c\, \ensuremath{\mathrm{x1}}\right) \, \ensuremath{\mathrm{x3}}-2 {{c}^{2}}}{{{\ensuremath{\mathrm{x3}}}^{3}}}\end{pmatrix}\]

Startvektorfeld
(%i11) v : col ( invert ( Q ) , n ) $
v : list_matrix_entries ( v ) ;

\[\operatorname{(v) }\left[ 0\operatorname{,}-1\operatorname{,}0\right] \]

Beobachterverstärkung k1
(%i14) cp : a0 + a1 · s + a2 · s ^ 2 + s ^ 3 $
k1 : sum ( coeff ( cp , s , i ) · LieBracket ( f , v , x , i ) , i , 0 , n ) $
transpose ( ratsimp ( k1 ) ) ;

\[\operatorname{ }\begin{pmatrix}-\ensuremath{\mathrm{x3}}+a\, \ensuremath{\mathrm{a2}}+\ensuremath{\mathrm{a1}}+{{a}^{2}}-1\\ \left( 1-{{a}^{2}}\right) \, \ensuremath{\mathrm{a2}}-a\, \ensuremath{\mathrm{a1}}-\ensuremath{\mathrm{a0}}-{{a}^{3}}+2 a\\ \left( \ensuremath{\mathrm{a2}}+a\right) \, \ensuremath{\mathrm{x3}}-c\end{pmatrix}\]


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