Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії

В абстрактном банаховом пространстве получены условия устойчивости ограниченного решения нелинейного эволюционного уравнения с секториальным оператором в линейной части и нефиксированными моментами импульсного воздействия. We obtain conditions for stability of a bounded solution of a nonlinear evolu...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Нелінійні коливання
Date:2015
Main Authors: Дворник, А.В., Ткаченко, В.І.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Інститут математики НАН України 2015
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177228
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії / А.В. Дворник, В.І. Ткаченко // Нелінійні коливання. — 2015. — Т. 18, № 4. — С. 475-488 — Бібліогр.: 18 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-177228
record_format dspace
spelling Дворник, А.В.
Ткаченко, В.І.
2021-02-12T14:58:09Z
2021-02-12T14:58:09Z
2015
Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії / А.В. Дворник, В.І. Ткаченко // Нелінійні коливання. — 2015. — Т. 18, № 4. — С. 475-488 — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
1562-3076
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177228
517.9
В абстрактном банаховом пространстве получены условия устойчивости ограниченного решения нелинейного эволюционного уравнения с секториальным оператором в линейной части и нефиксированными моментами импульсного воздействия.
We obtain conditions for stability of a bounded solution of a nonlinear evolution equation, in an abstract Banach space, with a sectorial operator in the linear part of the equation and unfixed times of impulsive effects.
uk
Інститут математики НАН України
Нелінійні коливання
Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
Об устойчивости решений эволюционных уравнений с нефиксированными моментами импульсного воздействия
On stability of solutions of evolution equations with unfixed times of impulsive effects
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
spellingShingle Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
Дворник, А.В.
Ткаченко, В.І.
title_short Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
title_full Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
title_fullStr Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
title_full_unstemmed Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
title_sort про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
author Дворник, А.В.
Ткаченко, В.І.
author_facet Дворник, А.В.
Ткаченко, В.І.
publishDate 2015
language Ukrainian
container_title Нелінійні коливання
publisher Інститут математики НАН України
format Article
title_alt Об устойчивости решений эволюционных уравнений с нефиксированными моментами импульсного воздействия
On stability of solutions of evolution equations with unfixed times of impulsive effects
description В абстрактном банаховом пространстве получены условия устойчивости ограниченного решения нелинейного эволюционного уравнения с секториальным оператором в линейной части и нефиксированными моментами импульсного воздействия. We obtain conditions for stability of a bounded solution of a nonlinear evolution equation, in an abstract Banach space, with a sectorial operator in the linear part of the equation and unfixed times of impulsive effects.
issn 1562-3076
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177228
citation_txt Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії / А.В. Дворник, В.І. Ткаченко // Нелінійні коливання. — 2015. — Т. 18, № 4. — С. 475-488 — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
work_keys_str_mv AT dvornikav prostíikístʹrozvâzkívevolûcíinihrívnânʹznefíksovanimimomentamiímpulʹsnoídíí
AT tkačenkoví prostíikístʹrozvâzkívevolûcíinihrívnânʹznefíksovanimimomentamiímpulʹsnoídíí
AT dvornikav obustoičivostirešeniiévolûcionnyhuravneniisnefiksirovannymimomentamiimpulʹsnogovozdeistviâ
AT tkačenkoví obustoičivostirešeniiévolûcionnyhuravneniisnefiksirovannymimomentamiimpulʹsnogovozdeistviâ
AT dvornikav onstabilityofsolutionsofevolutionequationswithunfixedtimesofimpulsiveeffects
AT tkačenkoví onstabilityofsolutionsofevolutionequationswithunfixedtimesofimpulsiveeffects
first_indexed 2025-11-25T22:45:16Z
last_indexed 2025-11-25T22:45:16Z
_version_ 1850570970251657216
fulltext УДК 517.9 ПРО СТIЙКIСТЬ РОЗВ’ЯЗКIВ ЕВОЛЮЦIЙНИХ РIВНЯНЬ З НЕФIКСОВАНИМИ МОМЕНТАМИ IМПУЛЬСНОЇ ДIЇ А. В. Дворник, В. I. Ткаченко Iн-т математики НАН України вул. Терещенкiвська, 3, Київ, 01601, Україна e-mail: a.dvornyk@gmail.com vitk@imath.kiev.ua We obtain conditions for stability of a bounded solution of a nonlinear evolution equation, in an abstract Banach space, with a sectorial operator in the linear part of the equation and unfixed times of impulsive effects. В абстрактном банаховом пространстве получены условия устойчивости ограниченного ре- шения нелинейного эволюционного уравнения с секториальным оператором в линейной части и нефиксированными моментами импульсного воздействия. Вступ. У данiй роботi ми дослiджуємо еволюцiйне рiвняння з нефiксованими моментами iмпульсної дiї du dt +Au = f(t, u), t 6= τj(u), (1) u(τj(u) + 0)− u(τj(u)) = gj(u), j ∈ Z, (2) де u : R → X, X — банаховий простiр, A — секторiальний оператор в X, послiдовнiсть {τj(u)} функцiй X → R є строго зростаючою для u з деякої областi простору X. Наскiльки вiдомо авторам, першою роботою, присвяченою вивченню iмпульсних ево- люцiйних рiвнянь з секторiальним оператором, був препринт [1]. Останнiм часом еволю- цiйнi рiвняння в банаховому просторi з фiксованими моментами iмпульсної дiї приверта- ють увагу багатьох дослiдникiв (див., наприклад, [2 – 11]). Складнiсть дослiдження рiвняння (1), (2) з нефiксованими моментами iмпульсної дiї пов’язана з тим, що розв’язки, якi мають рiзнi початковi значення, мають також i рiзнi точки розривiв, оскiльки моменти iмпульсної дiї рiвняння (1), (2) залежать вiд розв’язкiв. Також у таких рiвняннях може з’являтися так званий феномен биття, тобто розв’язок може перетинати поверхню t = τk(u) кiлька разiв [12 – 14]. Метою даної роботи є знаходження умов стiйкостi обмеженого розв’язку рiвняння (1), (2). Означення стiйкостi для рiвнянь з нефiксованими моментами iмпульсної дiї є вiдмiн- ним вiд означення стiйкостi для рiвнянь з фiксованими моментами iмпульсної дiї i врахо- вує вiдмiннiсть точок розриву рiзних розв’язкiв рiвняння. Ми використовуємо означення з [16]. При дослiдженнi еволюцiйного рiвняння також потрiбно враховувати непродовжу- ванiсть розв’язкiв на вiд’ємну пiввiсь. Нехай (X, ‖.‖) — абстрактний банаховий простiр, R i Z — множини вiдповiдно дiйсних i цiлих чисел. c© А. В. Дворник, В. I. Ткаченко, 2015 ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 475 476 А. В. ДВОРНИК, В. I. ТКАЧЕНКО Позначимо черезPC(J,X), J ⊂ R, простiр усiх кусково-неперервних функцiй x : J → → X таких, що: i) множина T = {tj ∈ J, tj+1 > tj , j ∈ Z} є множиною розривiв функцiї x; ii) функцiї неперервнi злiва x(tj − 0) = x(tj) та iснують границi limt→tj+0 x(t) = x(tj + +0) < ∞. Будемо використовувати норму ‖x‖PC = supt∈J ‖x(t)‖ у просторi PC(J,X). Припустимо, що рiвняння (1), (2) задовольняє умови: (H1) A — секторiальний оператор в X i inf{Reµ : µ ∈ σ(A)} ≥ δ > 0, де σ(A) — спектр A. Для оператора A означаються степенi; будемо розглядати простори Xα = = D(Aα), утворенi областями означення операторiв Aα, α ≥ 0, з нормою ‖x‖α = ‖Aαx‖; (H2) нехай Uα% = {x ∈ Xα : ‖x‖α ≤ %}; припускаємо, що функцiї τj : Uα% → R задовольняють умову Лiпшиця |τj(u1)− τj(u2)| ≤ N1‖u1 − u2‖α, j ∈ Z, i рiвномiрно по u ∈ Uα% iснують θ > 0 i Θ > 0 такi, що infu τj+1(u)− supu τj(u) ≥ θ > 0 та supu τj+1(u)− infu τj(u) ≤ Θ для j ∈ Z; (H3) функцiя f(t, u) : R × Uα% → X обмежена i неперервно диференцiйовна по u, локально гельдерова по t рiвномiрно вiдносно u ∈ Uα% та має розриви першого роду при t = τj(u); (H4) функцiї gj(u) : Uα% → X1 = D(A) неперервнi, рiвномiрно обмеженi i лiпшицевi, ‖gj(u1)− gj(u2)‖α ≤ N1‖u1 − u2‖α при u ∈ Uα% i j ∈ Z. Якщо оператор A секторiальний з обмеженим оберненим, то (−A) є iнфiнiтезималь- ним генератором аналiтичної напiвгрупи e−At. Для всiх x ∈ Xα справджується рiвнiсть e−AtAαx = Aαe−Atx. Ми будемо використовувати оцiнки (див. [17]): ‖Aαe−At‖ ≤ Cαt −αe−δt, t > 0, α > 0, ‖(e−At − I)u‖ ≤ 1 α C1−αt α‖Aαu‖, t > 0, α ∈ (0, 1], u ∈ Xα, де Cα > 0 обмежена при α → +0. При дослiдженнi стiйкостi розв’язкiв iмпульсних еволюцiйних рiвнянь будемо викори- стовувати наступну версiю узагальненої нерiвностi Гронуолла. Лема. Нехай 0 < α, β < 1, a1 ≥ 0, a2 ≥ 0, b > 0, 0 < Q < ∞ i локально iнтегровна на 0 ≤ t ≤ Q невiд’ємна функцiя y(t) задовольняє на цьому iнтервалi нерiвнiсть y(t) ≤ a1 + a2t −α + b t∫ 0 (t− s)β−1y(s)ds. Тодi iснує додатна стала C̃ = C̃(β, b,Q) < ∞ така, що y(t) ≤ ( a1 + a2 (1− α)tα ) C̃(β, b,Q). (3) ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 ПРО СТIЙКIСТЬ РОЗВ’ЯЗКIВ ЕВОЛЮЦIЙНИХ РIВНЯНЬ . . . 477 Доведення. З доведення леми 7.1.1 з [17, с. 188] випливає наступне: якщо невiд’ємна локально iнтегровна на 0 ≤ t < Q функцiя y(t) задовольняє нерiвнiсть y(t) ≤ a(t) + b t∫ 0 (t− s)β−1y(s) ds з локально iнтегровною функцiєю a(t) ≥ 0 i додатною сталою b, то y(t) задовольняє також нерiвнiсть y(t) ≤ a(t) + t∫ 0 { ∞∑ n=1 (bΓ(β))n(t− s)nβ−1/Γ(nβ) } a(s)ds, (4) де Γ(β) — гамма-функцiя. Якщо a(t) = a1 = const, то, використовуючи (4), отримуємо y(t) ≤ a1 + a1 ∞∑ n=1 (bΓ(β))n Γ(nβ) tnβ(nβ)−1. Якщо a(t) = a2t −α, то y(t) ≤ a2t −α + a2t −α 1− α ∞∑ n=1 (bΓ(β))n Γ(nβ) tnβ2α−nβ ( 1 + 1− α nβ ) . Отже, за функцiю C̃ можна вибрати C̃ = 1 + ∞∑ n=1 (bΓ(β))n Γ(nβ) Qnβ max{(nβ)−1, 21−nβ(1 + (nβ)−1)}. Вiдмiтимо також, що нерiвнiсть (3) можна записати так: y(t) ≤ ( a1 + a2 tα ) C̃1, C̃1 = C̃(β, b,Q) 1− α . (5) Лему доведено. Пiд розв’язком рiвняння без iмпульсної дiї (1) розумiємо класичний розв’язок, тобто неперервно диференцiйовну функцiю u(t) ∈ D(A), яка при пiдстановцi у спiввiдношення (1) перетворює його в тотожнiсть. За теоремою 3.3.3 [17] (див. також [18, с. 196]) для кожної початкової точки (t0, u0) ∈ R × Uα% рiвняння (1) має єдиний локальний розв’язок u(t), u(t0) = u0. Припускаємо, що розв’язки iснують для всiх t ≥ t0. Це досягається, наприклад, при виконаннi умов теореми 3.3.5 [17]. За теоремою 3.5.2 [17] для γ < 1 i t0 < t1 ≤ t0 +Q функцiя t → du dt (t) ∈ Xγ ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 478 А. В. ДВОРНИК, В. I. ТКАЧЕНКО локально гельдерова при t0 < t ≤ t1 i∥∥∥∥dudt ∥∥∥∥ γ ≤ K̃1(t− t0)α−γ−1, (6) де K̃1 = K̃1(γ,Q) > 0. Означення 1. Функцiя u(t) : [t0, t1] → Xα є розв’язком початкової задачi u(t0) = u0 ∈ ∈ Xα для рiвняння (1), (2) на вiдрiзку [t0, t1], якщо вона: (i) неперервна на вiдрiзках [t0, τk], (τk, τk+1], . . . , (τk+s, t1] з розривами першого роду в моменти t = τj перетину з поверхнями iмпульсiв, t0 < τk < . . . < τk+s < t1; (ii) неперервно диференцiйовна на iнтервалах (t0, τk), (τk, τk+1), . . . , (τk+s, t1) i задо- вольняє рiвняння (1) при t ∈ (t0, t1), t 6= τj , та рiзницевi спiввiдношення (2) при t = τj ; (iii) задовольняє початкову умову u(t0) = u0. Ми припускаємо, що розв’язки u(t) рiвняння (1), (2) неперервнi злiва, тодi u(τj) = = u(τj − 0) при всiх точках iмпульсної дiї. Ми також припускаємо, що в областi Uα% розв’язки рiвняння (1), (2) не мають биття з поверхнями t = τj(u), тобто, iншими словами, розв’язки перетинають кожну поверхню t = τj(u) не бiльше одного разу. Для iмпульсних систем у скiнченновимiрному просторi є кiлька достатнiх умов вiдсутностi биття [14, 15]. Деякi з них можна поширити на абстракт- нi системи (1), (2). В iнших випадках перевiрка умов вiдсутностi биття у нескiнченнови- мiрному просторi вимагає конкретного дослiдження. Означення 2. Розв’язок u0(t) рiвняння (1), (2), означений для всiх t ≥ t0, називається стiйким за Ляпуновим у просторi Xα, якщо для довiльних ε > 0 i η > 0 iснує δ = δ(ε, η) таке, що довiльний iнший розв’язок u(t) з початковою умовою ‖u0(t0) − u(t0)‖α < δ задовольняє нерiвнiсть ‖u0(t)− u(t)‖α < ε для всiх t ≥ t0 таких, що |t− τ0j | > η, де τ0j — точки, в яких розв’язок u0(t) перетинає поверхнi t = τj(u), j ∈ Z. Розв’язок u0(t) називається атрактивним, якщо для довiльних ε > 0, η > 0 i t0 ∈ R iснують δ0 = δ0(t0) i T = T (δ0, ε, η) > 0 такi, що для кожного iншого розв’язку u(t) системи з ‖u0(t0)− u(t0)‖α < δ0 випливає ‖u0(t)− u(t)‖α < ε для t ≥ t0 + T i |t− τ0k | > η. Розв’язок u0(t) називається асимптотично стiйким, якщо вiн стiйкий i атрактив- ний. Нехай рiвняння (1), (2) має обмежений на осi розв’язок u0(t). Для дослiдження його стiйкостi виконаємо у рiвняннi замiну змiнних u = u0(t) + z. Тодi z(t) задовольняє дифе- ренцiальне рiвняння dz dt + (A+A1(t))z = f̃(t, z) (7) та рiзницевi спiввiдношення у точках перетину розв’язкiв u0(t) i u0(t) + z(t) з поверхнями τj(u), j ∈ Z : z(τ̃j(z) + 0)− z(τ̃j(z)) = g̃j(z), (8) z(τ̃0j + 0)− z(τ̃0j ) = g̃0j , (9) де τ̃0j = τj(u0(τ̃ 0 j )), τ̃j(z) = τj(u0(τ̃j(z)) + z(τ̃j(z))), ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 ПРО СТIЙКIСТЬ РОЗВ’ЯЗКIВ ЕВОЛЮЦIЙНИХ РIВНЯНЬ . . . 479 f̃(t, z) = f(t, u0(t) + z)− f(t, u0(t)) +A1(t)z, A1(t)z = ∂ ∂u f(t, u0(t))z, g̃0j = −gj(u0(τ̃0j )), g̃j(z) = gj(u0(τ̃j(z)) + z(τ̃j(z))). Припустимо, що iснує неспадна функцiя Kξ, 0 ≤ ξ ≤ %, така, що Kξ → 0 при ξ → 0 i рiвномiрно по t ∈ R ‖f̃(t, z)‖ ≤ Kξ‖z‖α, ‖z‖α ≤ ξ. (10) Позначимо M0 = K%, отже, supt∈R,‖z‖α≤% ‖f̃(t, z)‖ ≤ M0%. Поряд з рiвнянням (1), (2) розглянемо лiнiйне однорiдне рiвняння du dt + (A+A1(t))u. (11) Будемо припускати, що A1(t) задовольняє умову (H5) функцiя A1(t) : R → L(Xα, X), α ≥ 0, локально лiпшицева. Позначимо через U(t, s) еволюцiйний оператор лiнiйного рiвняння (11). Вiн задоволь- няє умови U(τ, τ) = I, U(t, s)U(s, τ) = U(t, τ), t ≥ s ≥ τ. За теоремою 7.1.3 [17, с. 190] функцiя U(t, τ) неперервна зi значеннями в L(Xγ) для всiх 0 ≤ γ < 1 i ‖U(t, τ)x‖γ ≤ LQ(t− τ)(ν−γ)−‖x‖ν , де (ν − γ)− = min(ν − γ, 0), t− τ ≤ Q, LQ = LQ(Q). Крiм того, ‖U(t, τ)x− x‖γ ≤ LQ(t− τ)ν‖x‖γ+ν , ν > 0, γ + ν ≤ 1. Означення 3. Лiнiйне рiвняння (11) називається експоненцiально стiйким у Xα зi сталими β > 0 i M ≥ 1, якщо для всiх u ∈ Xα виконується ‖U(t, τ)u‖α ≤ Me−β(t−τ)‖u‖α, t ≥ τ. Також iснує додатна стала M1 (залежна вiд α, δ, γ) така, що ‖U(t, s)u‖γ ≤ M1e −β(t−s) max{1, (t− s)δ−γ}‖x‖δ, t > s, (12) де 0 ≤ δ ≤ γ < 1 (див. [17, с. 226]). Теорема. Припустимо, що рiвняння (1), (2) в областi Uα% = {u ∈ Xα, ‖u‖α ≤ %} з деяким фiксованим α ≥ 0 задовольняє умови (H1) – (H4) i має обмежений на осi розв’язок u0(t) такий, що виконується (10) i умова (H5). Нехай також: 1) усi розв’язки в областi Uα% перетинають поверхнi t = τj(u) не бiльше одного разу; 2) вiдповiдне лiнiйне рiвняння у варiацiях (11) експоненцiально стiйке в Xα зi стали- ми β > 0 та M ≥ 1. Тодi при досить малому N1 > 0 розв’язок u0(t) є асимптотично стiйким. ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 480 А. В. ДВОРНИК, В. I. ТКАЧЕНКО Доведення. Зафiксуємо довiльнi ε > 0 i η > 0. Нехай t0 ∈ [τ̃00 + η, τ̃01 − η] i u0(t0) = u0. Виберемо u1 ∈ Xα так, що ‖u0−u1‖α < δ з деяким δ > 0. Розв’язок z(t) рiвняння (7) – (9) з початковим значенням z0 = z(t0) = u0 − u1 задовольняє iнтегральне рiвняння z(t) = U(t, t0)z0+ t∫ t0 U(t, s)f̃(s, z(s))ds+ ∑ t0<τ̃0j <t U(t, τ̃0j )g̃0j + ∑ t0<τ̃1j <t U(t, τ̃1j )g̃j(z(τ̃ 1 j )), (13) де τ̃1j = τj(u0(τ̃ 1 j ) + z(τ̃1j )). На iнтервалi без iмпульсiв розв’язок z(t) задовольняє нерiвнiсть ‖z(t)‖α ≤ ‖U(t, t1)z(t1)‖α + t∫ t1 ‖AαU(t, t1)f̃(s, z(s))‖ds ≤ ≤ M1e −β(t−t1)‖z(t1)‖α + t∫ t1 M1M0e −β(t−s) (t− s)α ‖z(s)‖α ds. Тодi за доведеною лемою ‖z(t)‖α ≤ M1C̃e −β(t−t1)‖z(t1)‖α, t− t1 ≤ Q. (14) Отже, якщо початковi данi належать до обмеженої областi з Xα, то вiдповiднi розв’язки рiвномiрно обмеженi для t з обмеженого iнтервалу. Позначимо J = ∪jJj , Jj = (max{τ̃0j−1, τ̃1j−1},min{τ̃0j , τ̃1j }] = (τ̃ ′′j−1, τ̃ ′ j ]. Покажемо, що при достатньо малому N1 рiзниця ∣∣∣τ̃1j − τ̃0j ∣∣∣ оцiнюється через z(τ̃ ′j) так: |τ̃0j − τ̃1j | ≤ N1 1− K̃1N1θ−1 ‖z(τ̃ ′j)‖α = K̃2N1‖z(τ̃ ′j)‖α. (15) Припустимо, що τ̃0j ≥ τ̃1j = τ̃ ′j . Тодi, використовуючи (6), отримуємо |τ̃1j − τ̃0j | ≤ N1‖u0(τ̃1j ) + z(τ̃1j )− u0(τ̃0j )‖α ≤ N1‖z(τ̃1j )‖α +N1 ∥∥∥∥∥∥∥∥ τ̃0j∫ τ̃1j d dξ u0(ξ)dξ ∥∥∥∥∥∥∥∥ α ≤ ≤ N1‖z(τ̃1j )‖α + θ−1K̃1N1|τ̃0j − τ̃1j |. Отже, виконується (15). ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 ПРО СТIЙКIСТЬ РОЗВ’ЯЗКIВ ЕВОЛЮЦIЙНИХ РIВНЯНЬ . . . 481 Якщо τ̃1j ≥ τ̃0j = τ̃ ′j , то |τ̃1j − τ̃0j | ≤ N1‖u0(τ̃1j ) + z(τ̃1j )− u0(τ̃0j )‖α ≤ ≤ N1‖u0(τ̃1j ) + z(τ̃1j )− u0(τ̃0j )− z(τ̃0j ) + z(τ̃0j )‖α ≤ ≤ N1‖z(τ̃0j )‖α +N1‖u(τ̃1j )− u(τ̃0j )‖α ≤ N1‖z(τ̃0j )‖α +N1 ∥∥∥∥∥∥∥∥ τ̃1j∫ τ̃0j d dξ u(ξ)dξ ∥∥∥∥∥∥∥∥ α , оскiльки за означенням u(ξ) = u0(ξ) + z(ξ). Звiдси отримуємо (15). З останнiх формул також отримуємо оцiнку ‖u0(τ̃1j ) + z(τ̃1j )− u0(τ̃0j )‖α ≤ ‖z(τ̃ ′j)‖α + θ−1K̃1|τ̃1j − τ̃0j | ≤ ≤ ( 1 + θ−1N1K̃1 1− θ−1N1K̃1 ) ‖z(τ̃ ′j)‖α ≤ K̃3‖z(τ̃ ′j)‖α. (16) Для t ∈ (τ̃ ′′i , τ̃ ′ i+1] маємо ‖z(t)‖α = ‖U(t, t0)z0‖α + t∫ t0 ‖U(t, s)f̃(s, z(s))‖αds+ + ∥∥∥∥∥∥∥ ∑ t0<τ̃0j <t U(t, τ̃0j )g̃0j + ∑ t0<τ̃1j <t U(t, τ̃1j )g̃j(z(τ̃ 1 j )) ∥∥∥∥∥∥∥ α ≤ ‖U(t, t0)z0‖α+ + τ̃ ′1∫ t0 ‖U(t, s)f̃(s, z(s))‖αds+ i−1∑ j=1 τ̃ ′j+1∫ τ̃ ′′j ‖U(t, s)f̃(s, z(s))‖αds+ + i∑ j=1 τ̃ ′′j∫ τ̃ ′j ‖U(t, s)f̃(s, z(s))‖αds+ t∫ τ̃ ′′i ‖U(t, s)f̃(s, z(s))‖αds+ + ∥∥∥∥∥∥∥ ∑ t0<τ̃0j <t U(t, τ̃0j )g̃0j + ∑ t0<τ̃1j <t U(t, τ̃1j )g̃j(z(τ̃ 1 j )) ∥∥∥∥∥∥∥ α . (17) На iнтервалi [t0, τ̃ ′ 1] розв’язок z(t) задовольняє оцiнку ‖z(t)‖α ≤ M1C̃e −β(t−t0)‖z0‖α, t ∈ [t0, τ̃ ′ 1]. (18) ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 482 А. В. ДВОРНИК, В. I. ТКАЧЕНКО Для t ∈ (τ̃ ′′1 , τ̃ ′ 2] нерiвнiсть (17) набирає вигляду ‖z(t)‖α ≤ ‖U(t, t0)z0‖α + τ̃ ′1∫ t0 ‖U(t, s)f̃(s, z(s))‖αds+ τ̃ ′′1∫ τ̃ ′1 ‖U(t, s)f̃(s, z(s))‖αds+ + t∫ τ̃ ′′1 ‖U(t, s)f̃(s, z(s))‖αds+ ‖U(t, τ̃01 )g̃01 + U(t, τ̃11 )g̃j(z(τ̃ 1 1 ))‖α. (19) Використовуючи (12), (15) i (16), виконуємо перетворення τ̃ ′′1∫ τ̃ ′1 ‖U(t, s)f̃(s, z(s))‖αds+ ‖U(t, τ̃01 )g̃01 + U(t, τ̃11 )g̃j(z(τ̃ 1 1 ))‖α ≤ ≤ ‖AαU(t, τ̃ ′′1 )‖ τ̃ ′′1∫ τ̃ ′1 ‖U(τ̃ ′′1 , s)f̃(s, z(s))‖ds+ ‖U(t, τ̃11 )(g̃j(z(τ̃ 1 1 )) + g̃0j )‖α+ + ‖(U(t, τ̃01 )− U(t, τ̃11 ))g̃0j ‖α ≤ M1e −β(t−τ̃ ′′1 )|t− τ̃ ′′1 |−αMM0%|τ̃ ′′1 − τ̃ ′1|+ +N1‖U(t, τ̃11 )‖α‖u0(τ̃11 ) + z(τ̃11 )− u0(τ̃01 )‖α + ‖U(t, τ̃ ′′1 )(I − U(τ̃ ′′1 , τ̃ ′ 1))g̃ 0 j ‖α ≤ ≤ M1e −β(t−τ̃ ′′1 ) ( MM0% |τ̃ ′′1 − τ̃ ′1| |t− τ̃ ′′1 |α + K̃3N1‖z(τ̃ ′1)‖α + C0 |τ̃ ′′1 − τ̃ ′1| |t− τ̃ ′′1 |α ‖g̃01‖1 ) ≤ ≤ M1N1e −β(t−τ̃ ′′1 ) ( K̃4 + K̃5 |t− τ̃ ′′1 |α ) ‖z(τ̃ ′1)‖α ≤ ≤ P1N1e −β(t−τ̃ ′′1 )|t− τ̃ ′′1 |−α‖z(τ̃ ′1)‖α, t ∈ (τ̃ ′′1 , τ̃ ′ 2], (20) з деякою додатною сталою P1. Припускаючи, що ‖z(t)‖α ≤ ξ при t ∈ [t0, τ̃ ′ 1], i пiдставля- ючи (18) i (20) в (19), для t ∈ (τ̃ ′′1 , τ̃ ′ 2] отримуємо ‖z(t)‖α ≤ M1e −β(t−t0)‖z0‖α + M1KξLQ (t− τ̃ ′′1 )α e−β(t−τ̃ ′′ 1 ) τ̃ ′1∫ t0 ‖z(s)‖αds+ + P1N1e −β(t−τ̃ ′′1 )(t− τ̃ ′′1 )−α‖z(τ̃ ′1)‖α + t∫ τ̃ ′′1 M1M0e −β(t−s)(t− s)−α‖z(s)‖αds ≤ ≤ M1e −β(t−t0)‖z0‖α ( 1 + C̃(M2KξQ̃+ P2N1) (t− τ̃ ′′1 )α ) + t∫ τ̃ ′′1 M1M0 (t− s)α e−β(t−s)‖z(s)‖αds, ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 ПРО СТIЙКIСТЬ РОЗВ’ЯЗКIВ ЕВОЛЮЦIЙНИХ РIВНЯНЬ . . . 483 де M2 = LQM1e β supj |τ̃ ′′j+1−τ̃ ′j |, P2 = P1e β supj |τ̃ ′′j −τ̃ ′j |, Q̃ = max j {1, (τ̃ ′j+1 − τ̃ ′′j )}. Позначимо також θ̃ = minj{1, (τ̃ ′j+1 − τ̃ ′′j )}. Отже, для v(t) = eβt‖z(t)‖α маємо v(t) ≤ M1v(t0) ( 1 + C̃(M2KξQ̃+ P2N1) (t− τ̃ ′′1 )α ) + t∫ τ̃ ′′1 M2M0 (t− s)α v(s) ds. За доведеною лемою (формула (5)) ‖z(t)‖α ≤ M1C̃1‖z0‖αe−β(t−t0) ( 1 + C̃(M2KξQ̃+ P2N1) (t− τ̃ ′′1 )α ) , t ∈ (τ̃ ′′1 , τ̃ ′ 2]. (21) Припустимо, що при t ∈ [t0, τ̃ ′ i ] розв’язок u(t) лежить в Uα% так, що ‖z(t)‖α = ‖u(t) − −u0(t)‖α ≤ ξ для t ∈ ∪ij=1Jj з деяким ξ > 0. Проводячи аналогiчнi (20) перетворення у (17), для t ∈ Ji+1 одержуємо ‖z(t)‖α ≤ M1e −β(t−t0)‖z0‖α + τ̃ ′1∫ t0 M1KξLQe −β(t−τ̃ ′′1 )‖z(s)‖αds+ + i−1∑ j=2 τ̃ ′j∫ τ̃ ′′j−1 M1KξLQe −β(t−τ̃ ′′j )‖z(s)‖αds+ i−1∑ j=1 P1N1e −β(t−τ̃ ′′j )‖z(τ̃ ′j)‖α+ + 1 (t− τ̃ ′′i )α  τ̃ ′i∫ τ̃ ′′i−1 M1KξLQe −β(t−τ̃ ′′i )‖z(s)‖αds+ P1N1e −β(t−τ̃ ′′i )‖z(τ̃ ′i)‖α + + t∫ τ ′′i M1M0e −β(t−s)(t− s)−α‖z(s)‖α ds. (22) Доведемо, що якщо ‖z(t)‖α ≤ ξ при t ∈ ∪i−1j=1Jj , то ‖z(t)‖α ≤M1C̃1‖z0‖αe−β(t−t0) ( 1+ C̃1(M2Kξ + P2N1) (t− τ̃ ′′i−1)α )( 1+ C̃1(M2Q̃Kξ + P2N1) (1− α)θ̃α )i−2 (23) для t ∈ (τ̃ ′′i−1, τ̃ ′ i ]. Застосуємо метод математичної iндукцiї. ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 484 А. В. ДВОРНИК, В. I. ТКАЧЕНКО Припустимо, що нерiвнiсть (23) виконується для t ∈ ∪nj=1Jj , i доведемо її для t ∈ ∈ (τ̃ ′′n , τ̃ ′ n+1]. Пiдставляючи у (22) нерiвнiсть (18) для t ∈ [t0, τ̃ ′ 1] i нерiвнiсть (23) для t ∈ ∈ [τ̃ ′′j−1, τ̃ ′ j ], j = 2, . . . , n, для t ∈ (τ̃ ′′n , τ̃ ′ n+1] отримуємо ‖z(t)‖α ≤ M1e −β(t−t0)‖z0‖α {( 1 + C̃1(e β(τ̃ ′′1 −t0)M1LQQ̃Kξ + eβ(τ̃ ′′ 1 −τ̃ ′1)P1N1) ) + + n−1∑ j=2 τ̃ ′j∫ τ̃ ′′j−1 M1LQKξC̃1e β(τ̃ ′′j −τ̃ ′′j−1)Aj−2ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (s− τ̃ ′′j−1)α ) ds+ + n−1∑ j=2 P1N1C̃1e β(τ̃ ′′j −τ̃ ′j)Aj−2ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (τ̃ ′j − τ̃ ′′j−1)α ) + + 1 (t− τ̃ ′′n)α τ̃ ′n∫ τ̃ ′′n−1 M1LQKξC̃1e β(τ̃ ′′n−τ̃ ′′n−1)An−2ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (s− τ̃ ′′n−1)α ) ds+ + 1 (t− τ̃ ′′n)α P1N1C̃1e β(τ̃ ′′n−τ̃ ′n)An−2ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (τ̃ ′n − τ̃ ′′n−1)α )} + Bn(t) ≤ ≤ M1e −β(t−t0)‖z0‖α {( 1 + C̃1 ( eβ(τ̃ ′′ 1 −t0)M1LQQ̃Kξ + eβ(τ̃ ′′ 1 −τ̃ ′1)P1N1 )) + + n−1∑ j=2 M1LQKξC̃1e β(τ̃ ′′j −τ̃ ′′j−1)Aj−2ξ ( Q̃+ Q̃C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (1− α)θ̃α ) ds+ + n−1∑ j=2 P1N1C̃1e β(τ̃ ′′j −τ̃ ′j)Aj−2ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) θ̃α ) + + 1 (t− τ̃ ′′n)α M1LQKξC̃1e β(τ̃ ′′n−τ̃ ′′n−1)An−2ξ ( Q̃+ Q̃C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (1− α)θ̃α ) + + 1 (t− τ̃ ′′n)α P1N1C̃1e β(τ̃ ′′n−τ̃ ′n)An−2ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) θ̃α )} + Bn(t), де Aξ = 1 + C̃(M2Q̃Kξ + P2N1) (1− α)θ̃α , Bn(t) = t∫ τ̃ ′′n M2N1 (t− s)α e−β(t−s)v(s)ds. ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 ПРО СТIЙКIСТЬ РОЗВ’ЯЗКIВ ЕВОЛЮЦIЙНИХ РIВНЯНЬ . . . 485 Як i ранiше, M2 = M1LQe β supj |τ̃ ′′j −τ̃ ′′j−1|, P2 = P1e β supj |τ̃ ′′j −τ̃ ′j |. Тому ‖z(t)‖α ≤M1e −β(t−t0)‖z0‖α { Aξ + n−1∑ j=2 Aj−2ξ M2KξC̃1Q̃ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (1− α)θ̃α ) + + n−1∑ j=2 P2N1C̃1Aj−2ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) θ̃α ) + + 1 (t− τ̃ ′′n)α M2KξC̃1Q̃An−2ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (1− α)θ̃α ) ds+ + 1 (t− τ̃ ′′n)α P2N1C̃1An−2ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) θ̃α )} + Bn(t) ≤ ≤ M1e −β(t−t0)‖z0‖α { Aξ + n−1∑ j=2 Aj−1ξ ( M2KξC̃1Q̃+ P2N1C̃1 + 1− 1 ) + + An−1ξ (t− τ̃ ′′n)α ( M2KξC̃1Q̃+ P2N1C̃1 )} + Bn(t) ≤ ≤ M1e −β(t−t0)‖z0‖α Aξ + n−1∑ j=2 Aj−1ξ (Aξ − 1) + An−1ξ (t− τ̃ ′′n)α ( M2KξC̃1Q̃+ P2N1C̃1 )+ + Bn(t) ≤ M1e −β(t−t0)‖z0‖αAn−1ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (t− τ̃ ′′n)α ) + Bn(t). Отже, для t ∈ (τ̃ ′′n , τ̃ ′ n+1] функцiя v(t) = eβt‖z(t)‖α задовольняє нерiвнiсть v(t) ≤ An−1ξ ( 1 + C̃1(M2KξQ̃+ P2N1) (t− τ̃ ′′n)α ) +M2N1 t∫ τ̃ ′′n (t− s)−αv(s)ds. Застосовуючи (5), отримуємо (23). За формулою (18), якщо ‖z0‖α ≤ δ = ε M1C̃ , то ‖z(t)‖α ≤ ε при t ∈ [t0, τ̃ ′ 1]. За формулою (21) розв’язок z(t) задовольняє нерiвнiсть ‖z(t)‖α < ε на iнтервалi t ∈ ∈ [τ̃ ′′1 + η, τ̃ ′2], якщо ‖z0‖α ≤ ε M1C̃1 eβ(τ̃ ′ 2−t0) ( 1 + C̃1(M2KεQ̃+ P2N1) ηα )−1 . Вiдповiдно, розв’язок z(t) задовольняє нерiвнiсть ‖z(t)‖α < ε на iнтервалi t ∈ [τ̃ ′′i +η, τ̃ ′i+1], ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 486 А. В. ДВОРНИК, В. I. ТКАЧЕНКО якщо ‖z0‖α ≤ ε M1C̃1 eβ(τ̃ ′ i−t0) ( 1 + C̃1(M2KεQ̃+ P2N1) ηα )−1 A−i+1 ε . Оскiльки Kε → 0 при ε → 0, то при досить малих ε > 0 i N1 > 0 виконується e−β(τ̃ ′ i−t0)Ai−1ε < 1 при всiх i. Це доводить асимптотичну стiйкiсть розв’язку u0(t). Теорему доведено. Приклад. Розглянемо параболiчне рiвняння з нефiксованими моментами iмпульсної дiї ut = uxx + f(t, x), (24) ∆u|t=τj(u) = u(τj(u) + 0, x)− u(τj(u)) = cju(τj(u)), (25) з граничними умовами Дiрiхле u(t, 0) = u(t, π) = 0 (26) та поверхнями iмпульсної дiї τj(u) вигляду τj(u) = σj − bj π∫ 0 u2(ξ)dξ, (27) де x ∈ [0, π], t ≥ 0, функцiя f(t, x) гельдерова та ω-перiодична по t i належить до L2(0, π) при кожному фiксованому t, послiдовностi додатних чисел {bj} i {cj} p-перiодичнi, bj+p = = bj , cj+p = cj , j ∈ Z, додатне число σ задовольняє рiвнiсть σp = ω. Позначимо X = L2(0, π), A = − ∂2 ∂x2 , X1 = D(A) = H2(0, π) ∩H1 0 (0, π). Оператор A є секторiальним iз простими власними числами λk = k2 i вiдповiдними власними функцiями ϕk(x) = ( 2 π )1/2 sin kx, k = 1, 2, . . . . Оператор (−A) генерує аналiтичну напiвгрупу e−At. Для функцiї v ∈ X має мiсце розклад v = ∑∞ k=1 ak sin kx, ak = 1 π ∫ π 0 v(x) sin kxdx. Тодi Av = ∞∑ k=1 k2ak sin kx, Aαv = ∞∑ k=1 k2αak sin kx, e−Atv = ∞∑ k=1 e−k 2tak sin kx, а також X1/2 = D(A1/2) = H1 0 (0, π). ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 ПРО СТIЙКIСТЬ РОЗВ’ЯЗКIВ ЕВОЛЮЦIЙНИХ РIВНЯНЬ . . . 487 Розглянемо iмпульсне рiвняння (24) – (26) як абстрактне рiвняння у просторi H1 0 (0, π) : dv dt +Av = f(t), (28) v(τj(v) + 0)− v(τj(v)) = gj(v(τj(v))), (29) де f : R×X1/2 → X, gj(v) = cjv. Аналогiчно [1] перевiряємо, що в областi D = {v : ‖v‖1/2 ≤ ρ} з деяким ρ > 0 немає биття, тобто розв’язки перетинають кожну з поверхонь iмпульсiв τj(v) не бiльше одного разу. Розглянемо простiр N p-перiодичних послiдовностей y = {yj}, yj ∈ X1/2, yj+p = yj , з нормою ‖y‖S = supj ‖yj‖1/2. Зафiксуємо y = {yj} ∈ N, ‖y‖S = supj ‖yj‖1/2 ≤ ρ, i розглянемо рiвняння з фiксова- ними моментами iмпульсної дiї dv dt +Av = f(t), t 6= τj(yj), (30) v(τj(yj) + 0)− v(τj(yj)) = cjv(τj(yj)), j ∈ Z. (31) Очевидно, що послiдовнiсть {τj(yj)} задовольняє умову перiодичностi τj+p(yj+p) − −τj(yj) = ω. Рiвняння (30), (31) має єдиний перiодичний розв’язок v∗(t, y), який задо- вольняє iнтегральне рiвняння v(t, y) = t∫ −∞ e−A(t−τ)f(τ)dτ + ∑ τj<t e−A(t−τj(yj))cjv(τj(yj)). Якщо вибрати перiодичну послiдовнiсть y∗ = {y∗j }, y∗j ∈ X1/2, так, що v∗(τj(y ∗ j ), y ∗) = y∗j для всiх j ∈ Z, то функцiя v∗(t, y∗) буде перiодичним розв’язком рiвняння (28), (29). Для доведення у просторi N розглянемо вiдображення S : N → N, S(y) = {v∗(τj(yj), y)}j∈Z. Вiдображення S переводить деяку область U0 = {y ∈ N, ‖y‖S ≤ ρ} в себе. Аналогiчно [1], застосовуючи теорему Шаудера, доводимо, що в областi U0 вiдображення S має не- рухому точку. При достатньо малих c = supj cj та b = supj bj нерухома точка єдина. Їй вiдповiдає єдиний у D перiодичний розв’язок рiвняння (28), (29). За доведеною теоремою вiн є асимптотично стiйким вiдповiдно до означення 2. 1. Роговченко Ю. В., Трофимчук С. И. Периодические решения слабо нелинейных уравнений в частных производных параболического типа с импульсным воздействием и их устойчивость. — Киев, 1986. — 44 с. — (Препринт/АН УССР. Ин-т математики; 86.65). ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4 488 А. В. ДВОРНИК, В. I. ТКАЧЕНКО 2. Ahmed N. U. Some remarks on the dynamics of impulsive systems in Banach spaces // Dynam. Contin. Di- screte Impuls. Syst. Ser. A. Math. Anal. — 2001. — 8, № 2. — P. 261 – 274. 3. Barreira L., Valls C. Robustness for impulsive equations // Nonlinear Anal. — 2010. — 72, № 5. — P. 2542 – 2563. 4. Hernández E., Aki S. M. T., Henrı́quez H. Global solutions for impulsive abstract partial differential equati- ons // Comput. Math. and Appl. — 2008. — 56, № 5. — P. 1206 – 1215. 5. Liu J. H. Nonlinear impulsive evolution equations // Dynam. Contin. Discrete Impuls. Syst. — 1999. — 6, № 1. — P. 77 – 85. 6. Struk O. O., Tkachenko V. I. On impulsive Lotka – Volterra systems with diffusion // Ukr. Math. J. — 2002. — 54, № 4. — P. 629 – 646. 7. Tkachenko V. I. On the exponential dichotomy of pulse evolution systems // Ukr. Math. J. — 1994. — 46, № 4. — P. 441 – 448. 8. Tkachenko V. Almost periodic solutions of parabolic type equations with impulsive action // Funct. Different. Equat. — 2014. — 21, № 3 – 4. — P. 155 – 169. 9. Trofimchuk S. I. Almost periodic solutions of linear abstract impulse systems // Different. Equat. — 1996. — 31, № 4. — P. 559 – 568. 10. Vlasenko L. A., Myshkis A. D., Rutkas A. G. On a class of differential equations of parabolic type with impulse actions // Different. Equat. — 2008. — 44, № 2. – P. 231 – 240. 11. Wang J. R., Xiang X., Peng Y. Periodic solutions of semilinear impulsive periodic system on Banach space // Nonlinear Anal. — 2009. — 71, № 12. — P. e1344 – e1353. 12. Akhmet M. Principles of discontinuous dynamical systems. — New York: Springer, 2010. — xii + 176 p. 13. Rontó M., Trofimchuk S. I. Periodic solutions of abstract impulsive systems with non-fixed moments of impulsi- ve effect // Publ. Univ. Miskolc. Ser. D. Nat. Sci. Math. — 1995. — 36, № 1. — P. 91 – 99. 14. Самойленко А. М., Перестюк Н. А. Дифференциальные уравнения с импульсным воздействием. — Киев: Вища шк., 1987. — 288 c. 15. Samoilenko A. M., Perestyuk N. A., Trofimchuk S. I. Generalized solutions of impulse systems, and the beats phenomenon // Ukr. Math. J. — 1991. — 43, № 5. — P. 610 – 615. 16. Lakshmikantham V., Bainov D., Simeonov P. S. Theory of impulsive differential equations // Ser. Modern Appl. Math. — Singapore: World Sci. Publ., 1989. — 6. — xii + 273 p. 17. Henry D. Geometric theory of semilinear parabolic equations // Lect. Notes Math. — Berlin; New York: Springer-Verlag, 1981. — 840. — iv + 348 p. 18. Pazy A. Semigroups of linear operators and applications to partial differential equations // Appl. Math. Sci. — New York: Springer-Verlag, 1983. — 44. — viii + 279 p. Одержано 27.05.15 ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2015, т . 18, N◦ 4