Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом

Встановлено новi властивостi C¹ [−1, +∞)-розв’язкiв лiнiйного диференцiально-функцiонального рiвняння x˙(t) = ax(t)+bx(qt)+hx(t−1)+cx˙(qt)+rx˙(t−1) в околi особливої точки t = +∞. We find new properties of C¹ [−1, +∞)-solutions of the linear differential-functional equation x˙(t) = = ax(t) + bx(q...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Нелінійні коливання
Datum:2006
1. Verfasser: Бельский, Д.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут математики НАН України 2006
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178104
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом / Д.В. Бельский // Нелінійні коливання. — 2006. — Т. 9, № 2. — С. 170-177. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-178104
record_format dspace
spelling Бельский, Д.В.
2021-02-17T20:18:56Z
2021-02-17T20:18:56Z
2006
Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом / Д.В. Бельский // Нелінійні коливання. — 2006. — Т. 9, № 2. — С. 170-177. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
1562-3076
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178104
517.929
Встановлено новi властивостi C¹ [−1, +∞)-розв’язкiв лiнiйного диференцiально-функцiонального рiвняння x˙(t) = ax(t)+bx(qt)+hx(t−1)+cx˙(qt)+rx˙(t−1) в околi особливої точки t = +∞.
We find new properties of C¹ [−1, +∞)-solutions of the linear differential-functional equation x˙(t) = = ax(t) + bx(qt) + hx(t − 1) + cx˙(qt) + rx˙(t − 1) in a neighbourhood of the singular point t = +∞.
ru
Інститут математики НАН України
Нелінійні коливання
Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом
Про асимптотичні властивості розв'язків лінійних диференціально-функціональних рівнянь з лінійно перетвореним аргументом
On asymptotic properties of solutions of the linear differential-functional equations with linearly transformed argument
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом
spellingShingle Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом
Бельский, Д.В.
title_short Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом
title_full Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом
title_fullStr Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом
title_full_unstemmed Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом
title_sort об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом
author Бельский, Д.В.
author_facet Бельский, Д.В.
publishDate 2006
language Russian
container_title Нелінійні коливання
publisher Інститут математики НАН України
format Article
title_alt Про асимптотичні властивості розв'язків лінійних диференціально-функціональних рівнянь з лінійно перетвореним аргументом
On asymptotic properties of solutions of the linear differential-functional equations with linearly transformed argument
description Встановлено новi властивостi C¹ [−1, +∞)-розв’язкiв лiнiйного диференцiально-функцiонального рiвняння x˙(t) = ax(t)+bx(qt)+hx(t−1)+cx˙(qt)+rx˙(t−1) в околi особливої точки t = +∞. We find new properties of C¹ [−1, +∞)-solutions of the linear differential-functional equation x˙(t) = = ax(t) + bx(qt) + hx(t − 1) + cx˙(qt) + rx˙(t − 1) in a neighbourhood of the singular point t = +∞.
issn 1562-3076
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178104
citation_txt Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с линейно преобразованным аргументом / Д.В. Бельский // Нелінійні коливання. — 2006. — Т. 9, № 2. — С. 170-177. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT belʹskiidv obasimptotičeskihsvoistvahrešeniilineinyhdifferencialʹnofunkcionalʹnyhuravneniislineinopreobrazovannymargumentom
AT belʹskiidv proasimptotičnívlastivostírozvâzkívlíníinihdiferencíalʹnofunkcíonalʹnihrívnânʹzlíníinoperetvorenimargumentom
AT belʹskiidv onasymptoticpropertiesofsolutionsofthelineardifferentialfunctionalequationswithlinearlytransformedargument
first_indexed 2025-11-26T02:24:03Z
last_indexed 2025-11-26T02:24:03Z
_version_ 1850608389974917120
fulltext УДК 517 . 929 ОБ АСИМПТОТИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ РЕШЕНИЙ ЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ С ЛИНЕЙНО ПРЕОБРАЗОВАННЫМ АРГУМЕНТОМ Д. В. Бельский Ин.-т математики НАН Украины Украина, 01601, Киев 4, ул. Терещенковская, 3 We find new properties of C1[−1,+∞)-solutions of the linear differential-functional equation ẋ(t) = = ax(t) + bx(qt) + hx(t− 1) + cẋ(qt) + rẋ(t− 1) in a neighbourhood of the singular point t = +∞. Встановлено новi властивостi C1[−1,+∞)-розв’язкiв лiнiйного диференцiально-функцiональ- ного рiвняння ẋ(t) = ax(t)+bx(qt)+hx(t−1)+cẋ(qt)+rẋ(t−1) в околi особливої точки t = +∞. В данной работе рассматривается начальная задача ẋ(t) = ax(t) + bx(qt) + hx(t− 1) + cẋ(qt) + rẋ(t− 1), t > 0, (1) x(t) = g(t) ∈ C1, t ∈ [−1, 0], (2) где {a, b, c, h, r} ⊂ R, 0 < q < 1, и относительно начальной функции g(t) будем предпо- лагать выполненным условие „склейки” ġ(0) = ag(0) + bg(0) + hg(−1) + cġ(0) + rġ(−1). (3) В настоящее время имеется ряд интересных результатов, касающихся свойств решений уравнения (1). Так, в [1] исследованы асимптотические свойства решений уравнения (1) при h = c = r = 0, в [2] установлены новые свойства решений этого уравнения при a = h = c = r = 0, в [3] получены условия существования аналитических почти перио- дических решений уравнения (1) при h = c = r = 0, в [4] построено представление обще- го решения уравнения (1) при h = r = 0, |c| > 1, в [5] получен ряд новых результатов о существовании ограниченных и финитных решений уравнений с линейно преобразован- ным аргументом, в [6] определены мажоранты для решений уравнения (1) при h = r = 0. Несмотря на изложенное и на широкие приложения, которые находят такие уравнения в различных областях науки и техники (см. [7] и приведенную в ней библиографию), мно- гие вопросы теории линейных дифференциально-функциональных уравнений вида (1) изучены мало. Это прежде всего касается исследования асимптотических свойств реше- ний задачи (1), (2) из класса C1[−1,+∞) в окрестности особой точки t = +∞. Поэтому основной целью настоящей работы является установление новых свойств C1[−1,+∞)- решений задачи (1), (2) при достаточно общих предположениях относительно коэффи- циентов a, b, c, h, r. Прежде чем исследовать асимптотические свойства решений, укажем достаточные условия существования решения начальной задачи. c© Д. В. Бельский, 2006 170 ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2006, т . 9, N◦ 2 ОБ АСИМПТОТИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ РЕШЕНИЙ ЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ . . . 171 Теорема 1. Если |c/q| < 1 и начальная функция g(t) удовлетворяет условию (3), то задача (1), (2) имеет единственное C1[−1,+∞)-решение. Доказательство. Сначала рассмотрим отрезок t ∈ [−1, ν], 0 < ν < 1, и запишем задачу (1), (2) в эквивалентной (в классе C1[−1, ν]-решений) интегральной форме x(t) =  c q x(qt) + rg(t− 1) + ( 1− c q ) g(0)− rg(−1)+ + t∫ 0 (ax(s) + bx(qs)) ds + h t∫ 0 g(s− 1)ds, t ∈ (0, ν], g(t) ∈ C1, t ∈ [−1, 0]. (4) Для доказательства существования решений задачи (4) применим метод последова- тельных приближений: x0(t) = { g(0) + g′(0)t, t ∈ (0, ν], g(t), t ∈ [−1, 0], xm(t) =  c q xm−1(qt) + rg(t− 1) + ( 1− c q ) g(0)− rg(−1)+ + t∫ 0 (axm−1(s) + bxm−1(qs)) ds + h t∫ 0 g(s− 1)ds, t ∈ (0, ν], g(t), t ∈ [−1, 0], m ≥ 1. (5) Поскольку x0(t) ∈ C1[−1, ν] и начальная функция g(t) удовлетворяет условию (3), то, рассуждая по индукции, можно показать, что xm(t) ∈ C1[−1, ν] при всех m ≥ 1. Покажем, что при выполнении условий теоремы и достаточно малом ν существует единственное непрерывное решение. Действительно, поскольку |c/q| < 1, при достаточ- но малом ν имеем ∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ (|a|+ |b|)ν < 1. Далее, принимая во внимание (5), получаем sup t∈[−1,ν] |xm(t)− xm−1(t)| 6 (∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ (|a|+ |b|) ν ) sup t∈[−1,ν] |xm−1(t)− xm−2(t)| , m ≥ 2. Последнее неравенство означает, что ряд +∞∑ m=1 sup t∈[−1,ν] |xm(t) − xm−1(t)| сходится, а следо- вательно, и последовательность непрерывных функций {xm(t)} сходится равномерно на отрезке [−1, ν]. ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2006, т . 9, N◦ 2 172 Д. В. БЕЛЬСКИЙ Последовательные приближения (5) удовлетворяют соотношениям ẋ0(t) = { ġ(0), t ∈ (0, ν], ġ(t), t ∈ [−1, 0], ẋm(t) =  axm−1(t) + bxm−1(qt) + hxm−1(t− 1) + cẋm−1(qt) + rẋm−1(t− 1), t ∈ (0, ν], ġ(t), t ∈ [−1, 0], m ≥ 1. Отсюда в силу (5) имеем sup t∈[−1,ν] |ẋm(t)− ẋm−1(t)| = sup t∈(0,ν] |ẋm(t)− ẋm−1(t)| ≤ ≤ (|a|+ |b|) sup t∈[−1,ν] |xm−1(t)− xm−2(t)|+ |c| sup t∈[−1,ν] |ẋm−1(t)− ẋm−2(t)| , (6) m ≥ 2. Для сокращения записей введем обозначения αm df= sup t∈[−1,ν] |ẋm(t)− ẋm−1(t)| , βm df= sup t∈[−1,ν] |xm(t)− xm−1(t)| . Тогда, продолжая оценку (6), находим αm 6 (|a|+ |b|)βm−1 + |c|αm−1, откуда следует n+1∑ m=1 αm − α1 6 (|a|+ |b|) n∑ m=1 βm + |c| n+1∑ m=1 αm. Учитывая, что |c/q| < 1, окончательно получаем n+1∑ m=1 αm 6 (1− |c|)−1 ( (|a|+ |b|) n∑ m=1 βm + α1 ) . Поскольку ряд +∞∑ m=1 βm сходится, сходится также ряд +∞∑ m=1 αm. Таким образом, последова- тельность xm(t) сходится к C1[−1, ν]-решению x(t) задачи (1), (2) по норме: ‖xm(t)− x(t)‖ df= ( sup t∈[−1,ν] |xm(t)− x(t)|+ sup t∈[−1,ν] |ẋm(t)− ẋ(t)| ) , ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2006, т . 9, N◦ 2 ОБ АСИМПТОТИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ РЕШЕНИЙ ЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ . . . 173 из чего следует существование и единственность C1[−1, ν)-решения задачи (1), (2). С по- мощью метода шагов это решение можно продолжить на отрезок [−1,+∞). Теорема доказана. Исследуем теперь вопрос об асимптотической устойчивости решений уравнения (1). Теорема 2. Если {a, b, h, c, r} ⊂ R, 0 < q < 1, a < 0 и∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ |r|+ |h + ar| 1 |a| + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ 1 |a| < 1, то уравнение (1) асимптотически устойчиво. Доказательство. Любое C1(min{1, 2q},+∞)-решение уравнения (1) удовлетворяет со- отношению x(t) = c q x(qt) + rx(t− 1) + ( x(2)− c q x(2q)− rx(1) ) ea(t−2)+ + bq + ac q t∫ 2 ea(t−s) x(qs)ds + (h + ar) t∫ 2 ea(t−s) x(s− 1)ds, t > 2. Рассмотрим начальную задачу x(t) =  c q x(qt) + rx(t− 1) + ( x(2)− c q x(2q)− rx(1) ) ea(t−2)+ + bq + ac q t∫ 2 ea(t−s) x(qs)ds + (h + ar) t∫ 2 ea(t−s) x(s− 1)ds, t > 2, g(t), t ∈ [min{1, 2q}, 2], (7) где g(t) — некоторая функция из класса C[min {1, 2q}, 2], и исследуем ее с помощью ме- тода последовательных приближений, которые определим соотношениями x0(t) =  0, t ≥ 3, g(2)(3− t), 2 < t < 3, g(t), min {1, 2q} ≤ t ≤ 2, (8) xm(t) =  c q xm−1(qt) + rxm−1(t− 1) + ( g(2)− c q g(2q)− rg(1) ) ea(t−2)+ + bq + ac q t∫ 2 ea(t−s) xm−1(qs)ds + (h + ar) t∫ 2 ea(t−s) xm−1(s− 1)ds, t > 2, g(t), t ∈ [min{1, 2q}, 2], m ≥ 1. ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2006, т . 9, N◦ 2 174 Д. В. БЕЛЬСКИЙ В силу (8) при t ≥ max{4, 3q−1} df= t1 имеем |x1(t)− x0(t)| = |x1(t)| = ∣∣∣∣∣ ( g(2)− c q g(2q)− rg(1) ) ea(t−2) + + bq + ac q t1∫ 2 ea(t−s) x0(qs)ds+ + (h + ar) t1∫ 2 ea(t−s) x0(s− 1)ds ∣∣∣∣∣ = K1e at, где K1 = ∣∣∣∣∣ ( g(2)− c q g(2q)− rg(1 ) e−2a + bq + ac q t1∫ 2 e−as xm−1(qs)ds+ + (h + ar) t1∫ 2 e−as xm−1(s− 1)ds ∣∣∣∣∣. Тогда |x1(t)− x0(t)| ≤ Keat, t ≥ min{1, 2q}, где K — некоторая константа. Поскольку a < 0, при t > 2 находим |x2(t)− x1(t)| ≤ ∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣ |x1(qt)− x0(qt)|+ |r| |x1(t− 1)− x0(t− 1)|+ + |h + ar| t∫ 2 ea(t−s)|x1(s− 1)− x0(s− 1)|ds+ + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ t∫ 2 ea(t−s)|x1(qs)− x0(qs)|ds ≤ ≤ ∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣Keaqt + |r|Kea(t−1) + |h + ar| t∫ 2 ea(t−s)Kea(s−1) ds+ + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ t∫ 2 ea(t−s)Keaqs ds ≤ ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2006, т . 9, N◦ 2 ОБ АСИМПТОТИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ РЕШЕНИЙ ЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ . . . 175 ≤ ∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣Keaqt + |r|e−a Keat + |h + ar|e−a eatK(t− 2)+ + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ 1 a(q − 1) Keaqt ≤ ≤ (∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ |r|e−a + |h + ar|e−aea(1−q)t(t− 2) + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ 1 a(q − 1) ) Keaqt ≤ ≤ (∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ |r|e−a + |h + ar|e−a sup t>2 ( ea(1−q)t(t− 2) ) + + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ 1 a(q − 1) ) Keaqt df=K1 eaqt. Аналогично при t > 2 имеем |x3(t)− x2(t)| ≤ ∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣ |x2(qt)− x1(qt)|+ |r| |x2(t− 1)− x1(t− 1)|+ + |h + ar| ∫ 2tea(t−s)|x2(s− 1)− x1(s− 1)|ds+ + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ t∫ 2 ea(t−s) |x2(qs)− x1(qs)| ds ≤ ≤ ∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣K1 eaq2t + |r|K1 eaq(t−1) + |h + ar| t∫ 2 ea(t−s)K1e aq(s−1)ds+ + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ t∫ 2 ea(t−s)K1e aq2sds ≤ ≤ ∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣K1 eaq2t + |r|K1 e−aq eaqt + |h + ar|K1 e−aq 1 a(q − 1) eaqt+ + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣K1 1 a(q2 − 1) eaq2t ≤ ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2006, т . 9, N◦ 2 176 Д. В. БЕЛЬСКИЙ ≤ (∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ |r|e−aq + |h + ar|e−aq 1 a(q − 1) + + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ 1 a(q2 − 1) ) K1 eaq2t df=K2e aq2t. Продолжая процесс и рассуждая по индукции, получаем |xm+1(t)− xm(t)| ≤ Kmeaqmt, t > 2, (9) где Km = (∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ |r|e−aqm−1 + |h + ar|e−aqm−1 1 a(qm−1 − 1) + + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ 1 a(qm − 1) ) Km−1, m ≥ 2, K1 = (∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ |r|e−a + |h + ar|e−a sup t>2 ( ea(1−q)t(t− 2) ) + + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ 1 a(q − 1) ) K, K0 = K. Поскольку ∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ |r|+ |h + ar| 1 |a| + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ 1 |a| < 1, непосредственно из (9) следует, что последовательность непрерывных функций {xm(t)} равномерно сходится при t ∈ [min{1, 2q},+∞) к непрерывному решению уравнения (7), которое стремится к нулю при t → +∞. Легко показать, что решение уравнения (7) единственно. Действительно, пусть сущест- вует еще одно решение y(t). Тогда в силу условий теоремы очевидное неравенство sup t≥min {1,2q} |x(t)− y(t)| ≤ (∣∣∣∣ cq ∣∣∣∣+ |r|+ |h + ar| 1 |a| + ∣∣∣∣bq + ac q ∣∣∣∣ 1 |a| ) × × sup t≥min {1,2q} |x(t)− y(t)| приводит к противоречию. Множество C1(min{1, 2q},+∞)-решений уравнения (1) является подмножеством мно- жества решений задачи (7) при различных „начальных” функциях g(t) из класса C[min{1, 2q}, 2]. Следовательно, решения уравнения (1) стремятся к нулю, когда t → +∞. ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2006, т . 9, N◦ 2 ОБ АСИМПТОТИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ РЕШЕНИЙ ЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ . . . 177 Далее, так как величина множителя в изложенных выше рассуждениях зависит лишь от величины sup t∈[min{1,2q},2] |g(t)|, имеет место асимптотическая устойчивость нулевого реше- ния. Теорема доказана. 1. Kato T., McLeod J. B. The functional-differential equation y′(x) = ay(λx) + by(x) // Bull. Amer. Math. Soc. — 1971. — 77. — P. 891 – 937. 2. De Bruijn N. G. The difference-differential equation F ′(x) = eαx+βF (x− 1). I, II // Ned. Akad. Wetensch. Proc. Ser. A. Math. — 1953. — 15. — P. 449 – 464. 3. Frederickson P. O. Series solutions for certain functional-differential equations // Lect. Notes Math. — 1971. — 243. — P. 249 – 254. 4. Пелюх Г. П., Шарковский А. Н. Введение в теорию функциональных уравнений. — Киев: Наук. думка, 1974. — 325 c. 5. Дерфель Г. А. Вероятностный метод исследования одного класса дифференциально-функциональных уравнений // Укр. мат. журн. — 1989. — 41, № 10. — C. 1592 – 1601. 6. Бельский Д. В. Об асимптотических свойствах решений линейных дифференциально-функциональных уравнений с постоянными коэффициентами и линейно преобразованным аргументом // Нелiнiйнi ко- ливання. — 2004. — 7, № 1. — C. 48 – 52. 7. Gumovski I., Mira C. Recurrences and discrete dynamic systems // Lect. Notes Math. — 1980. — 809. — 267 p. Получено 21.11.2005 ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2006, т . 9, N◦ 2