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...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Нелінійні коливання
Дата:2015
Автори: Дворник, А.В., Ткаченко, В.І.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: Інститут математики НАН України 2015
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177228
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати: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.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859530386714918912
author Дворник, А.В.
Ткаченко, В.І.
author_facet Дворник, А.В.
Ткаченко, В.І.
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.
collection DSpace DC
container_title Нелінійні коливання
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.
first_indexed 2025-11-25T22:45:16Z
format Article
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
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-177228
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1562-3076
language Ukrainian
last_indexed 2025-11-25T22:45:16Z
publishDate 2015
publisher Інститут математики НАН України
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
spellingShingle Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
Дворник, А.В.
Ткаченко, В.І.
title Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
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
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_short Про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
title_sort про стійкість розв'язків еволюційних рівнянь з нефіксованими моментами імпульсної дії
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177228
work_keys_str_mv AT dvornikav prostíikístʹrozvâzkívevolûcíinihrívnânʹznefíksovanimimomentamiímpulʹsnoídíí
AT tkačenkoví prostíikístʹrozvâzkívevolûcíinihrívnânʹznefíksovanimimomentamiímpulʹsnoídíí
AT dvornikav obustoičivostirešeniiévolûcionnyhuravneniisnefiksirovannymimomentamiimpulʹsnogovozdeistviâ
AT tkačenkoví obustoičivostirešeniiévolûcionnyhuravneniisnefiksirovannymimomentamiimpulʹsnogovozdeistviâ
AT dvornikav onstabilityofsolutionsofevolutionequationswithunfixedtimesofimpulsiveeffects
AT tkačenkoví onstabilityofsolutionsofevolutionequationswithunfixedtimesofimpulsiveeffects