Файл: Митропольский Ю.А. Интегральные многообразия в нелинейной механике.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 250

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

§ 5. И С С Л ЕД О ВА Н ИЕ

Р Е Ш Е Н И Й

СИСТЕМ У Р А В Н Е Н И Й

323

На основе лемм 5.1, 5.2 докажем следующую теорему.

Т е о р е м а

5.4.

Пусть

 

относительно системы

(4.1)

выполняются

условия

1) — 5). Тогда ограниченное

решение

(р (t, е), q (t,

е))

системы (4.1),

существование и свойства

которого установлены

в

теоремах

5.1—5.3, условно асим­

птотически устойчиво

при

t >

t0

относительно

k + r -

мерного многообразия Wk ® Wr начальных значений.

 

р, >

Д о к а з а т е л ь с т в о .

 

Возьмем произвольное

> 0. Пусть бх — постоянная,

удовлетворяющая

неравен­

ствам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ö /C -jf-,

М3 Idiag [МП1, 0 1 7 -4 )1 6 , < - | -

.

(5.43)

Рассмотрим решение х

(t,

х0, у0), у

= у (t, х0, у0) системы

(4.1) с начальными значениями (х0, у0), взятыми

из 6Х-

окрестности точки (£, гр (£, і0 е)):

 

 

 

 

 

 

\ х 0£ |< А ,

\у0—ір(£, t0, е) I <

 

(5.44)

причем (х0, уо) £ Wr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а,

что

Покажем, что существуют такие значения g,

при всех t >

t 0 выполняются

равенства

 

 

 

X(t, х0, у0) =

де (t,

g, Op (g, t, в)) -f и (t , a, e),

J

 

 

y ( t , X0, Уо) =

У (i,

6, ip (g , t,

e)) +

V (t, a, e).

)

 

 

В силу единственности решения задачи Коши для системы

(4.1)

, для выполнения равенств (5.45) необходимо и доста­

точно выполнение их при t = t0. Так

как х

t

(tn х0, у0) = х0,

у (t0, х0, у0) = у0, то равенства (5.45) при

= t0 запишут­

ся в виде

 

 

 

 

 

=*1 + и (/„, а, е),

 

 

(5.46Д

 

Уо = Ф (5, *о. е) + ѵ(*о. й - е)-

 

 

(5.46),

Покажем, что эта система разрешима

относительно £

и а. Из (5.42)2 и (5.46)2 находим

 

 

 

 

 

а = diag [МП1, 0] Y~l (tn) [у0 — гр (g,

t0, е)[,

(5.47)

тогда

из (5.46)j имеем

 

 

 

 

1 = х0 — и (*0, diag [МП1, 0] У~‘ (t0) [у0 — гр (g, t0, е)[, е).

Введем в рассмотрение оператор Т:

 

 

 

(5.48)

 

 

 

 

Т\ = и (f„ diag [МП1, 0] У '1(tQ) [у0-

ф (*0 -

1 t0,

е)[, е),

11*


324 ГЛ. ѴГ. Н Е Р Е Г У Л Я Р Н О - В О З М У Щ Е Н Н Ы Е СИСТЕМЫ

где І = х0 — 5. Этот оператор

осуществляет непрерывное

преобразование шара 111 С 6t

в

пространство

f.

Оценим

Т%при | | | С 6j. Учитывая (5.33) и (5.44), имеем

 

 

|Т || < e M 2|diag [М Ц1, 0] К~'(*о)

\Уо~

“Ф (-«о — І,

е)]| <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< еМ .Д Т

Выберем е* С е2 такое, чтобы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&*M2d .

 

 

 

 

 

(5.49>

Тогда из оценки для ТІ вытекает, что при

е < е *

оператор

Т переводит шар | | | <

бх в себя,

следовательно,

он имеет

в этом шаре неподвижную точку |

= |*. Очевидно,

удов­

летворяет

уравнению

(5.48).

Положим

а* =

diag Ш и1,

0] У'"1(^о) [г/о —

(х0 — I*, /0,

е)],

тогда

равенства

(5.45)

будут выполняться при

а =

 

а*,

g =

=

х0 — I*

и 8 <

е*. Таким образом, при всех t >

t 0

 

 

 

 

x(t,

х0, г/о) =

X { t , f , Ф (I*, t,

в ))

 

+ и ( / , а*,

г),

)

 

У (t,

х0, г/о) =

У (*, £*, 'Ф(S*. *, е)) + v (t. а*, г).

)

Кроме того, из оценок (5.33), (5.43), (5.44), (5.49) вытекает,

что при t >

/0, е <

е* имеют место неравенства

 

I и it, а*,

е ) |< - |Д

а

( t - t о)

а

е

v(t, а*, е)|

8

(5.51)

Рассмотрим теперь ограниченное решение (р , q) системы (4.1). Согласно лемме 5.1, ограниченное решение р уравне­ ния (5.6) условно асимптотически устойчиво при t > /<>

относительно многообразия Wk и удовлетворяет неравен­ ству (5.25). Поэтому для любого е > 0 можно указать та­

кое б2 >

0, что

если

I хШ! (/0, 8) — р (/„, е) I < б2 и \ £ Wkf

то

 

 

 

 

 

 

 

|^мн(С е)—p(t, е ) |< - ^ е 8

<0>,

t > t 0.

(5.52)

Так

как,

по

определению,

г/мн =

L (t,

е) хмн -f-

(t, е), то из существования многообразия Wk вытекает


 

§ 5. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕШЕНИЙ СИСТЕМ УРАВНЕНИЙ

 

325

существование точечного

многообразия

Wk начальных зна­

чений для

(хт, г/мн),

по отношению

к которому

решение

(р, q) условно асимптотически устойчиво.

умп (tQ,

 

е)) G Wk,

Таким

 

образом,

если

(*„„ (/„,

е),

 

 

I лгмн (*о. е) — р (t0, в) ] <

б2, то,

в силу (4.3) и (5.52),

полу­

чаем оценки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I хмн (ßt ®)

 

Р (^>

£) | ^

 

2

ь

 

 

 

 

 

 

 

(5.53)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\Ум(і,

в) — q(t,

е)|< Х (е)-|-е

г 11

h\

t > t a.

 

 

 

Пусть теперь (х0, у0) £ Wr 0

Wk и | х0 — р (t0, е) j <

+

+ б2 <

60,

I y0 — q (t0,

е) I < бх +

К (в*) 6Х <

б0.

 

 

 

 

Из (5.50)

получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IX (t,

х0,

у

0) —

р (t,

е)| <

I хм„ {t,

в) р

{t, s)| +

I и (t,

а *, е)|,

\

IУ if,

х 0,

y0) q(t,

е )

[ <

| г

/ м

н ( ^

s) — q(t,

e)| +

\v(t,

a*, e)|.

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5.54)

Отсюда, принимая во внимание (5.51) и (5.53), находим

 

 

I x(t,

x0, y0) p (t, e)| <

ye

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IУ (t,

x0, y0) q (i,

e)| < (-f- +

 

(e)

 

e

 

 

 

 

 

Эти

неравенства доказывают

условную

асимптотическую

устойчивость решения (р,

q) по отношению к г +

^-мерному

многообразию W, 0

Wk. Теорема 5.4 доказана.

то

огра­

С л е д с т в и е

 

5.2.

Если

г =

п,

k — т,

ниченное решение (р, q) системы (4.1) асимптотически устойчиво.


Г л а в а VII

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МНОГООБРАЗИЯ СИСТЕМ НЕЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ С ОТКЛОНЯЮЩИМСЯ АРГУМЕНТОМ

В настоящей главе изложены некоторые результаты [204], [158], [159], относящиеся к исследованию интегральных многообразий нели­ нейных дифференциальных уравнений с отклоняющимся аргументом. Рассмотрены также нерегулярно-возмущенные системы с отклоняющимся аргументом; дано применение метода интегральных многообразий для доказательства существования и устойчивости ограниченного решения таких систем.

§ 1. Уравнения с отклоняющимся аргументом

ипеременными коэффициентами

1.Основные предположения. Рассмотрим следующую систему дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом:

J ± - = A ( t ) x ( t ) + A 1 ( t ) x ( t - A ) +

 

 

+ X (t,g (t ), X (t), x

( t - Д), у (t), у (t Д), е),

= гВ (et) у (0 +

гВ1 (d) у ( t -

А) +

( 1 . 1 )

+

eV (/, g (t), X (t), X (t — Д), у (t), y(t — Д), e),

-l$ r =

<*(t) +

G ( t , g ( f ) , x ( t ) , y ( f ) , e ) ,

 

 

где X, у, g — соответственно n,

m, ^-векторы, А (t), Ax (t),

В (et),

Bx(et) — ограниченные квадратные матрицы, со (/) —

ß-вектор-функция,

е — малый

положительный параметр.

Введем определение интегрального многообразия для

дифференциальных

уравнений

с

отклоняющимся аргу­

ментом.

 

 

1.1. Пусть

каждому t £ R соответ­

О п р е д е л е н и е

ствует некоторое множество St

точек х, у,

которое можно

представить

в параметрической

форме

соотношениями


§ 1. УРАВНЕНИЯ С ОТКЛОНЯЮЩИМСЯ АРГУМЕНТОМ

327

вида

f{t,g,e),

у = h(t, g, г),

g £ R k,

(1.2)

x =

где вектор-функции / (t,

g , г ) , h

(t, g,

e)

удовлетворяют

условию Липшица относительно

(g =

glt

..., gk) £ Rk.

Тогда St,\

есть ^-параметрическое интегральное много­

образие для системы (1.1), если для всякого ограниченного на всей вещественной оси решения системы (1.1) х — х (t),

у = у

(t) и

любого t0 £ R

из соотношения (t),

у (t)) £

£ S f , д ,

g £

Rk, справедливого

для

t£ [t0 — А ,

t0], вы­

текает его справедливость для любого вещественного t.

Предположим, что относительно системы (1.1) выполня­

ются следующие условия.

 

В

(et), Вх (et) и со (f)

опреде­

1°. Функции А (і), А х (О,

лены и ограничены для всех

t £ R.

У (t, g, х, и, у, о, е),

2°. Функции X (t, g, X,

и, у,

V, е),

G (t, g, X, у, е) определены и непрерывны по всем аргумен­ там в области

x , u £ U Pl, у, v£ Up2, е б Е 8 о ) ( 1 . 3 )

где UPl и ІІр2— открытые области евклидовых пространств

Rn и

Rm.

 

 

 

 

 

 

 

3 °

. При t £ R,

g £ Rk,

X = 0, и = 0, у = 0,

о = 0,

е £ Е8лсправедливы неравенства

 

 

{| X (t, g, 0, 0, 0, 0, в)|,

IY (t, g,

0, 0, 0, 0, е)|,

 

 

 

 

 

 

IG (t, g, 0, 0, е)|} С

М (г),

(1.4)

где М (е) ->■0 при е

0.

 

 

р < р х , О С

С

4 °

. Для любых положительных чисел 0 <

о

< р 2 в области ( 1

. 3 ) (где вместо р г и р 2 следует писать

р

и а) функции X, Y,

G удовлетворяют условию Липшица

по g,

X, и, у, ос постоянной Липшица X (е, р

, а),

причем

X (е, р , о) непрерывна по е, р ,

о

и X (е, р , о) ->- О(е, 0, 0 ) =

=

о (е) при 8 -> 0, р

-V 0, а

и

0.

 

 

 

5°. Для матриц

V (t, т)

W (t, х), удовлетворяющих

при

/> • т уравнениям

 

 

 

 

Т)- = А V (t, X) -f- Al (f)V (t — &, X),

(1.5)

= eß (e/) W (t, X) + eB, (et) W ( t - Д, T)