Файл: Амербаев, В. М. Операционное исчисление и обобщенные ряды Лагерра.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2024

Просмотров: 112

Скачиваний: 0

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

Изображение резольвенты R a(А, ц, t) ядра К„ (К, t) имеет

вид i?a(X, [a, t)

ф (р) т. e.Rx(K, ц, t) = X‘a(A,+|x, t).

Из этих простых расчетов следует, что ядра последейст­ вия могут задаваться своими изображениями вида Фа (jo) или (2). В обоих случаях ядра релаксации определяются изображениями типа (2). При этом только во втором случае будет иметь место свойство двойственности в узком смысле.

Если теперь учесть теоремы тауберова типа для интегра­ ла Лапласа, то для обеспечения свойства б-образности не­ обходимо потребовать:

1)

фа (Р)

 

 

| сопри, р -> + 00

(6.4.3)

Р

 

 

1 0,

при р -> -)- О

 

1 -* Ф . (р )

 

 

 

2)

Ф* (р )

=

0(1)

при р -> 4-0.

 

1 - аФ . (Р)

 

 

 

 

 

 

 

 

В частности, если Ф«(р) такова, что

 

 

 

РФ*(Р)

00,

при р -> +

00

(6.4.4)

 

.0

,

при р -> +

О,

 

 

 

то условия (3) выполнены. Отсюда заключаем, что свойство двойственности в широком смысле является следствием свойства (а), поскольку ядра релаксации имеют изображе­ ние типа (2 ).

Таким образом, вопрос о построении ядер последействия, обладающих свойствами (а) и (б), сводится к подбору функ­ ций Фа(р), удовлетворяющих ограничениям (4). Наиболее простым является случай, когда функция Ф„ (р) такова, что оригиналы ^ (t)» отвечающие изображениям вида [ФДр)] ",

могут быть вычислены сравнительно просто. Тогда ядро Ко. (Я, t), определяемое изображением (2), может быть задано рядом

- К а ( М ) = = 2 ^ (*“М *).

(6.4.5)

А=0

'

Так, функция Работнова отвечает выбору Фа(р) = 1/ра. Дей­ ствительно, ограничения (3) удовлетворяются при 0 < а < ; 1 .

Далее так как [Фа(р)]п T(anf > то ряд (5) определяется разложением (1 .1 ) функции Э« I'X t).

165


Осуществляя аналитическое продолжение по параметру а можно показать, что функция Работнова (уже как обоб­ щенная функция) описывается соотношением (2.3.2), кото­ рое подчеркивает тесное родство функции Работнова при малых значениях а с 6-функцией.

Замечания. 1. Соотношения (3) можно рассматривать как обобщение требований (1 ).

2.Из (3) следует, что изображение Фа(р) должно быть функцией аналитической в полуплоскости R ep > 0 .

3.Если R(t) — резольвента ядра K{t), то e~?tR(t) — ре­

зольвента ядра e~~9t K{t).

Это утверждение вытекает из следующей цепочки опе­

рационных соответствий:

 

 

<Р« (0 ф* (Р),

e - ?t 9« (f) -5- Фа (р + Р),

фа(Р)

е-?*Кь(к, t)

Фа (р +Р)

К Л(Х, t) + 1 - ^ Ф а (Р)

: 1 -*Фа (Р+Р) '

§ 5. Частные реализации общего принципа

Ядро А» (г, X, t). Положим Фа (р) = (Ур2+ г2—р)®» Так как

[45] (формула № 11.6)

 

 

 

а - у - J*(rt) + (V p 2+ r 2

— рУ ,

(а > 0 ),

то в силу (4.5) изображению (4.2) отвечает ядро

 

 

00

 

 

А* (г, X, t) =

<* +

l)(Xr-)*J.(*+i)(rf),

 

 

*=о

 

 

ограничения (4.4) удовлетворяются при 0 -< а< 1 -

Ядро Ва(г, X, t). Положим Ф« (р)

Р• ^ак как

(формула № 11.42)

 

 

 

 

_ Г _

а —1

 

 

 

L . e р - ( f j 2 Л _ 1(2К Й ,

> 0 , г > 0),

то в силу (4.5) изображению (4.2) отвечает ядро

Ш


В« (г, X, t) =

0—1 ( r(A+l)

(ft+ 1)

2

X«^(ft+i)o—i(2 V^r(ft+l)f).

Замечание. Функции a^ -J^irt) e~?t;

* J*-\(2Vtr) er&

при 0 < а < 1 могут рассматриваться

как ядра последейст­

вия, при этом соответствующие им ядра релаксации имеют вид

e-Pf Аа (г, X, t); e~9t В* (г, X, t).

§ 6. Учет запаздывания в явлениях последействия

Представляет интерес изучение ядер последействия, от­ вечающих случаю, когда максимальный эффект последей­ ствия обнаруживается с некоторым запаздыванием (на ве­

личину т > 0 ) относительно

начала отсчета t = 0. Этой мо­

дели отвечает ядро последействия К а (К,

t), эффект 6-образ­

ности которого смещен из

точки t = 0

в точку t=x. Она

отражает те явления, когда

временной

(наследственный)

характер упругих взаимодействий обнаруживается спустя некоторый промежуток времени. Здесь следует различать два случая:

а) ядро последействия имеет изображения вида

_ , .

Ф« (р )

ф.(р)а-ч» или

(р) е - '- Р ;

б) ядро последействия имеет изображение вида

Ф»(Р)е

(6.6.1)

1-ХФ а (р)в-'Р’

Во всех указанных случаях ядра релаксации имеют изоб­ ражения вида (1 ), т. е. характер запаздывающей релаксации не зависит от типа запаздывающего упругого последейст­ вия.

Схема построения ядер последействия, изложенная в § 4, без существенных изменений распространяется на вариант с запаздывающим последействием, при этом требование

167


6-образности накладывается на изображения типа (4.3) или (4.4), но не на (1). Рассмотрим некоторые частные реализа­

ции этой схемы.

(дискретный случай). Положим Ф„ (р) —

Ядро D* (л, t)

= е-^р -f-8(f—а),

(а > 0 ).

Тогда ядро D* (Я, f), отвечающее

изображению вида (4.2),

представится рядом

 

 

 

оо

D a(k, f) =

2

^ ( t ak — a).

 

 

*=o

Уравнение Вольтерра с ядром 8(f—а) и резольвентой Da(Я, t)

вырождается в разностное

уравнение 17(f)—KU(t—a) = /(f),

 

 

m{t)

решение которого имеет

вид U(t) = f(t)+

—a)>

где m(t) = max{k; ak + a<t).

 

fe= 0

 

и резольвентой

Уравнение Вольтерра с ядром Da (Я, t)

 

 

m(t)

Па(Я + ц, f) вырождается в уравнение U(t)—ц 2 ^ * U(tak

 

 

fc=о

—a) = /(f), решением которого является сумма

m(t)

 

— a).

U (f) = f (f) + [J. 2

“b t1)* f (t

k=0

 

 

Замечание. Необходимо иметь в виду, что 17(f) и /(f) равны 0 для отрицательных значений аргумента.

Ядро На (к, т, t) (непрерывный случай). Положим Фа(р)=

4

-ife r

“ *■<*>•

 

Тогда ядро Н а (Я, т, f),

отвечающее изображению вида (4.2),

имеет вид

 

 

 

 

 

at

ak+CL—1

 

 

 

На (К т, f) =

е 1 2

Г(сА+а)

И Л И

 

 

 

Я« (Я, Т, f) =

е т Э« (я, ^ ).

Эффект 6-образности в точке f = x > 0 как функции cp„ (f), так и функции Я „(Я, т, f) обнаруживается тем острее, чем больше величина параметра а. В пределе при а->оо функ­

168


ция фa(t) вырождается в функцию б(ta),

a Н« (X, т,

t)

в Da (к, t).

п _-ч®—1

 

I

 

Ядро а» (к, т, t). Положим Фа (р ) = е~хр-*-

il(£т),

0<а<с1, т> 0,

 

Тогда

ядро

где ц(?) — единичная функция Хевисайда.

За (X, т, t), отвечающее изображению вида (4.2), представит­ ся рядом

 

 

 

 

,чй + а—1

 

 

 

 

 

За (ку Х90

 

XR( t b z —т)'

У] (t — kz — т).

 

 

 

Г(аА +

а)

 

 

k—0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отметим следующие важные свойства функции За (к,

т, t).

1).

Для каждого

 

конечного значения

t

функция

За (л, т,

t) представляется конечной суммой.

 

 

 

 

Пусть nx^.ts^.(n-\-l)x,

тоща

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( t - k z - z ) ak+a- 1

 

 

 

 

 

З ч (X , т , * )= 2 Х‘

 

T ( a k + a )

 

 

 

 

 

 

 

А=0

 

 

 

 

 

 

2) Будем говорить, что функция t *~1 имеет в точке г= 0

степенную особенность порядка л, если

^

а <

~ .

При

любом фиксированном

а (0 < а < 1 )

функция

Зч (X,

т, f) имеет конечное число степенных особенностей, точнее,

если i - j ^

а <

~

, то

Зч (Я,

т, t) имеет ровно п

степенных

особенностей в

точках

t = т,

2т, ... ,

пт, порядки

которых

равны соответственно п, п1 , . . . , 1 .

 

 

3) Интеграл от Зч (к, т, t) как функция верхнего предела

непрерывен по t

для любого 0 < а <

1 и определяется выра­

жением

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

П

 

 

ak+я

 

 

j я« (к,

§ & =

2

-Ц ^ + г +i)—

» если

 

п

 

 

*=о

 

 

 

 

 

Замечание.

Ясно,

что перечисленные свойства могут

быть без труда распространены на ядра вида

 

a ^ D a (X, t),

е-^На (X, t, t).

е-^За (к, X, t).

169