Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач

Получены условия бифуркации решений линейных вырожденных нетеровых краевых задач с малым параметром в предположении, что невозмущенная вырожденная дифференциальная система приводится к центральной канонической форме. We obtain conditions for bifurcations of solutions of linear degenerate Noether bo...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Нелінійні коливання
Дата:2009
Автори: Бойчук, О.А., Шегда, Л.М.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: Інститут математики НАН України 2009
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178397
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:Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач / О.А. Бойчук, Л.М. Шегда // Нелінійні коливання. — 2009. — Т. 12, № 2. — С. 147-154. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859712040109604864
author Бойчук, О.А.
Шегда, Л.М.
author_facet Бойчук, О.А.
Шегда, Л.М.
citation_txt Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач / О.А. Бойчук, Л.М. Шегда // Нелінійні коливання. — 2009. — Т. 12, № 2. — С. 147-154. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.
collection DSpace DC
container_title Нелінійні коливання
description Получены условия бифуркации решений линейных вырожденных нетеровых краевых задач с малым параметром в предположении, что невозмущенная вырожденная дифференциальная система приводится к центральной канонической форме. We obtain conditions for bifurcations of solutions of linear degenerate Noether boundary-value problems with a small parameter under the assumption that the unperturbed degenerate differential system can be reduced to a central canonical form.
first_indexed 2025-12-01T05:27:51Z
format Article
fulltext УДК 517.9 УМОВИ БIФУРКАЦIЇ РОЗВ’ЯЗКIВ ВИРОДЖЕНИХ КРАЙОВИХ ЗАДАЧ О. А. Бойчук Iн-т математики НАН України Україна, 01601, Київ 4, ул. Терещенкiвська, 3 e-mail: boichuk@imath.kiev.ua Л. М. Шегда Київ. нац. ун-т iм. Т. Шевченка Україна, 01033, Київ, вул. Володимирська, 64 e-mail: shegda@gala.net We obtain conditions for bifurcations of solutions of linear degenerate Noether boundary-value problems with a small parameter under the assumption that the unperturbed degenerate differential system can be reduced to a central canonical form. Получены условия бифуркации решений линейных вырожденных нетеровых краевых задач с малым параметром в предположении, что невозмущенная вырожденная дифференциальная сис- тема приводится к центральной канонической форме. 1. Постановка задачi та основнi припущення. Розглянемо лiнiйну неоднорiдну крайову задачу з малим параметром ( B (t) + εB1 (t) )dx dt = A (t) x + εA1 (t) x + f (t) , t ∈ [a, b], (1) l x (·) = α + εl1x, α ∈ Rm, (2) де A (t) , A1 (t) , B (t) , B1 (t) — (n × n)-вимiрнi матрицi, компоненти яких є дiйсними до- статню кiлькiсть разiв неперервно диференцiйовними на [ a; b ] функцiями: A (t) , A1 (t) , B (t) , B1 (t) ∈ C3q−2[a; b]; det B (t) = 0 ∀ t ∈ [a; b]; f (t) — n-вимiрний вектор-стовпець iз простору Cq−1[a; b] (значення величини q визначається згiдно з теоремою 2.1 [1]); α — m-вимiрний вектор-стовпець констант; α ∈ Rm; l, l1 — лiнiйнi векторнi функцiонали, ви- значенi на просторi n-вимiрних неперервних на [a; b] вектор-функцiй: l = col (l1, . . . , lm) : C[a, b] → Rm, l1 = col ( l11, . . . , l 1 m ) : C[a, b] → Rm, li, l1i : C [a, b] → R. Припустимо, що породжуюча виродженa крайова задача B (t) dx dt = A (t) x + f (t) , t ∈ [a; b], (3) l x (·) = α ∈ Rm, (4) отримана з (1), (2) при ε = 0, не має розв’язкiв при довiльних неоднорiдностях f(t) ∈ ∈ Cq−1[a, b] i α ∈ Rm. c© О. А. Бойчук, Л. М. Шегда, 2009 ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2009, т . 12, N◦ 2 147 148 О. А. БОЙЧУК, Л. М. ШЕГДА Будемо вважати, що система (3) невиродженим лiнiйним перетворенням зводиться до центральної канонiчної форми [1, 2]. Знайдемо умови на збурюючi коефiцiєнти A1 (t) , B1 (t) в диференцiальнiй системi (1) i l1 у крайовiй умовi (2), при яких крайова задача (1), (2) має розв’язок. Згiдно з теоремою 1 [3], породжуюча крайова задача (3), (4) має r-параметричну сiм’ю лiнiйно незалежних розв’язкiв x0 (t, cr) = Xr (t) cr + (Gf) (t) + Xn−s (t) Q+α ∀ cr ∈ Rr (5) тодi i тiльки тодi, коли неоднорiдностi f (t) ∈ Cq−1[a, b] в диференцiальнiй системi та α ∈ Rm у крайовiй умовi задовольняють d лiнiйно незалежних умов PQ∗ d ( α − l ( · ∫ a Xn−s (·)Y ∗ n−s (τ) f (τ) dτ− −Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ (t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·) f (·) )) = 0, d = m − n1. (6) 2. Основний результат. Поставлену задачу будемо розв’язувати з використанням ме- тоду Вiшика – Люстерника [4]. Розв’язок крайової задачi (1), (2) шукаємо у виглядi части- ни ряду Лорана за степенями малого параметра ε : x (t, ε) = +∞ ∑ i=−1 εixi (t) = x−1 (t) ε + x0 (t) + εx1 (t) + ε2x2 (t) + . . . . (7) Пiдставимо ряд (7) у крайову задачу (1), (2) i прирiвняємо коефiцiєнти при однакових степенях ε. При ε−1 для знаходження коефiцiєнта x−1(t) ряду (7) отримаємо вироджену лiнiйну однорiдну крайову задачу B (t) ẋ−1 (t) = A (t)x−1 (t) , l x−1 (·) = 0. (8) Згiдно з (5), однорiдна крайова задача (8) має r-параметричну сiм’ю лiнiйно незалежних розв’язкiв x−1 = x−1 (t, c−1) = Xr (t) c−1, c−1 ∈ Rr, де r-вимiрний вектор-стовпець c−1 буде визначено з умови розв’язностi задачi для зна- ходження коефiцiєнта x0(t) ряду (7). Для знаходження коефiцiєнта x0(t) ряду (7) при ε0 отримаємо вироджену лiнiйну неоднорiдну крайову задачу B (t) ẋ0 (t) = A (t) x0 (t) + A1 (t) x−1 (t, c−1) − B1 (t) ẋ−1 (t, c−1) + f (t) , (9) lx0 (·) = α + l1x−1 (·, c−1) . ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2009, т . 12, N◦ 2 УМОВИ БIФУРКАЦIЇ РОЗВ’ЯЗКIВ ВИРОДЖЕНИХ КРАЙОВИХ ЗАДАЧ 149 Критерiй (6) розв’язностi задачi (9) має вигляд PQ∗ d ( α + l1x−1 (·, c−1) − l ( . ∫ a Xn−s (·) Y ∗ n−s (τ) { A1(τ)x−1 (τ, c−1)− − B1(t)ẋ−1 (τ, c−1) + f (τ) } dτ − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ(t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·)× × { A1(·)x−1 (·, c−1) − B1 (t) ẋ−1 (·, c−1) + f (·) } )) = 0, звiдки з урахуванням вигляду x−1(t, c−1) отримуємо алгебраїчну вiдносно c−1 ∈ Rr систе- му B0c−1 = −PQ∗ d ( α − l ( . ∫ a Xn−s (·) Y ∗ n−s (τ) f (τ) dτ− − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ (t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·) f (·) )) , (10) в якiй B0 — (d × r)-вимiрна матриця: B0 = PQ∗ d ( l1Xr (·) − l ( . ∫ a Xn−s (·)Y ∗ n−s (τ) { A1(τ)Xr(τ) − B1 (τ) Ẋr (τ) } dτ− − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ (t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·) { A1(·)Xr(·) − B1 (·) Ẋr (·) } )) . Для розв’язностi системи (10) необхiдно i достатньо, щоб виконувалась умова PB∗ 0 PQ∗ d ( α − l ( . ∫ a Xn−s (·) Y ∗ n−s (τ) f (τ) dτ − − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ (t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·) f (·) )) = 0. Оскiльки умова (6) не виконується, з останнього виразу одержуємо умову PB∗ 0 = 0, яка еквiвалентна [5] умовi rank B0 = d ≤ r. (11) Тут PB∗ 0 −(d × d)-вимiрна матриця (ортопроектор), яка проектує простiр Rd на ядро ker B∗ 0 матрицi B∗ 0 = BT 0 . ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2009, т . 12, N◦ 2 150 О. А. БОЙЧУК, Л. М. ШЕГДА Множина розв’язкiв алгебраїчної вiдносно c−1 ∈ Rr системи (10) має вигляд c−1 = c−1 + Pρcρ ∀ cρ ∈ Rρ, де c−1 = −B+ 0 PQ∗ d ( α − l ( . ∫ a Xn−s (·) Y ∗ n−s (τ) f (τ) dτ− − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ (t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·) f (·) )) ; B+ 0 — єдина псевдообернена до B0 матриця; PB0 − (r × r)-вимiрна матриця (ортопро- ектор), яка проектує простiр Rr на ядро ker B0. З огляду на те, що rank PB0 = r−rank B0 = = r− d = n− s−m = ρ, матрицю PB0 замiнимо (r× ρ)-вимiрною матрицею Pρ, яка скла- дається з ρ лiнiйно незалежних стовпцiв матрицi PB0 . Однорiдна крайова задача (8) має ρ-параметричну сiм’ю розв’язкiв (з урахуванням виразу для c−1) x−1 (t, cρ) = x−1 (t, c−1) + Xr (t)Pρcρ ∀ cρ ∈ Rρ, (12) x−1 (t, c−1) = Xr (t) c−1. Загальний розв’язок крайової задачi (9) при умовi (11) має вигляд x0 (t, c0) = Xr (t) c0 + ( G [ A1 (·)x−1 (·, c−1) − B1 (·) ẋ−1 (·, c−1) + f (·) ] ) (t)+ + Xn−s (t) Q+ [ α + l1x−1 (·, c−1) ] + + [( G [ A1 (·) Xr (·) − B1 (·) Ẋr (·) ] ) (t) + Xn−s (t)Q+l1Xr (·) ] Pρcρ = = Xr (t) c0 + F−1(t) + K−1(t)Pρcρ, де F−1 (t) = ( G [ A1 (·)x−1 (·, c−1) − B1 (·) ẋ−1 (·, c−1) + f (·) ] ) (t) + + Xn−s (t) Q+ [ α + l1x−1 (·, c−1) ] ; K−1 (t) = ( G [ A1 (·) Xr (·) − B1 (·) Ẋr (·) ] ) (t) + Xn−s (t) Q+l1Xr (·) ; c0 — r-вимiрний вектор констант, який буде визначено з умови розв’язностi крайової за- дачi для знаходження коефiцiєнта x1(t) ряду (7). Для знаходження коефiцiєнта x1(t) ряду (7) при ε1 отримаємо вироджену лiнiйну неоднорiдну крайову задачу B (t) ẋ1 (t) = A (t) x1 (t) + A1 (t) x0 (t, c0) − B1 (t) ẋ0 (t, c0) , (13) lx1 (·) = l1x0 (·, c0) . ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2009, т . 12, N◦ 2 УМОВИ БIФУРКАЦIЇ РОЗВ’ЯЗКIВ ВИРОДЖЕНИХ КРАЙОВИХ ЗАДАЧ 151 З критерiю розв’язностi крайової задачi (13) отримаємо алгебраїчну вiдносно c0 ∈ Rr систему B0c0 = −PQ∗ d ( l1 {F−1 (·) + K−1 (·) Pρcρ}− − l ( . ∫ a Xn−s (·) Y ∗ n−s (τ) [ A1(τ) {F−1 (τ) + K−1 (τ) Pρcρ}− − B1(τ) { Ḟ−1 (τ) + K̇−1 (τ) Pρcρ }] dτ − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗(t)LΦ(t) ] −1 ] (·)Ψ∗(·)× × [ A1(·) {F−1 (·) + K−1 (·) Pρcρ} − B1(·) { Ḟ−1 (·) + K̇−1 (·)Pρcρ }] )) . При умовi (11) з останньої рiвностi знаходимо c0 ∈ Rr: c0 = −B+ 0 PQ∗ d ( l1 {F−1 (·) + K−1 (·) Pρcρ}− − l ( . ∫ a Xn−s (·) Y ∗ n−s (τ) [ A1(τ) {F−1 (τ) + K−1 (τ) Pρcρ}− − B1(τ) { Ḟ−1 (τ) + K̇−1 (τ) Pρcρ }] dτ − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ (t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·)× × [ A1(·) {F−1 (·) + K−1 (·)Pρcρ} − B1(·) { Ḟ−1 (·) + K̇−1 (·) Pρcρ }] )) + Pρcρ. Останнiй вираз запишемо у виглядi c0 = c0 + D0Pρcρ ∀ cρ ∈ Rρ, де c0 = −B+ 0 PQ∗ d ( l1F−1 (·) − l ( . ∫ a Xn−s (·) Y ∗ n−s (τ)W−1(τ)dτ− − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ (t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·)W−1(·) )) , ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2009, т . 12, N◦ 2 152 О. А. БОЙЧУК, Л. М. ШЕГДА D0 = Ir − B+ 0 PQ∗ d ( l1K−1(·) − l ( . ∫ a Xn−s (·)Y ∗ n−s (τ) V−1(τ)dτ− − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ (t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·)V−1(·) )) , W−1(t) = A1(t)F−1 (t) − B1(t)Ḟ−1 (t) , V−1(t) = A1(t)K−1 (t) − B1(t)K̇−1 (t) . Таким чином, крайова задача (9) при умовi (11) має ρ-параметричну сiм’ю розв’язкiв x0 (t, cρ) = x0(t, c0) + X0 (t) Pρcρ ∀ cρ ∈ Rρ, де x0(t, c0) = Xr(t)c0 + F−1 (t) , X0 (t) = Xr(t)D0 + K−1 (t) . При умовi (11) крайова задача (13) має ρ-параметричну сiм’ю розв’язкiв x1 (t, c1) = Xr (t) c1 + F0 (t) + K0 (t) Pρcρ, в якiй c1 — r-вимiрний вектор констант, який буде визначено на наступному кроцi з умови розв’язностi крайової задачi для знаходження коефiцiєнта x2 (t) ряду (7). Продовжуючи цей процес, бачимо, що коефiцiєнти xi (t) ряду (7) визначаються з крайової задачi B (t) ẋi (t) = A (t) xi (t) + A1 (t) xi−1 (t, ci−1) − B1 (t) ẋi−1 (t, ci−1) , lxi (·) = l1xi−1 (·, ci−1) , яка при умовi (11) має ρ-параметричну сiм’ю лiнiйно незалежних розв’язкiв xi (t, ci) = xi(t, ci) + Xi (t) Pρcρ ∀ cρ ∈ Rρ, i = 1, 2, . . . , де xi (t, ci) = Xr(t)ci + Fi−1 (t) , ci = −B+ 0 PQ∗ d ( l1Fi−1 (·) − l ( . ∫ a Xn−s (·) Y ∗ n−s (τ) Wi−1 (τ) dτ− − Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t)LΦ(t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·) Wi−1(·) )) , i = 1, 2, . . . , ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2009, т . 12, N◦ 2 УМОВИ БIФУРКАЦIЇ РОЗВ’ЯЗКIВ ВИРОДЖЕНИХ КРАЙОВИХ ЗАДАЧ 153 Wi−1 = A1(t)Fi−1 (t) − B1(t)Ḟi−1 (t) , Fi−1 (t) = ( G [ A1 (·) xi−1 (·, c−1) − B1 (·) ẋi−1 (·, c−1) ]) (t) + + Xn−s(t)Q +l1xi−1 (·, c−1) , (14) Xi (t) = Xr(t)Di + Ki−1 (t) , X−1(t) = Xr(t), Di = Ir − B+ 0 PQ∗ d ( l1Ki−1 (·) − l ( . ∫ a Xn−s (·) Y ∗ n−s (τ) Vi−1 (τ) dτ− −Φ (·) [ q−1 ∑ k=0 Ik dk dtk [ Ψ∗ (t) LΦ (t) ] −1 ] (·)Ψ∗ (·) Vi−1 (·) )) , Vi−1 (t) = A1(t)Ki−1 (t) − B1(t)K̇i−1 (t) , Ki−1 (t) = ( G [ A1 (·) Xi−1 (·) − B1 (·) Ẋi−1 (·) ]) (t) + Xn−s (t) Q+l1Xi−1 (·) . Отже, справедливим є наступне твердження. Теорема. Нехай вироджена породжуюча крайова задача (3), (4) при довiльних неодно- рiдностях f (t) ∈ Cq−1 [a, b] i α ∈ Rm не має розв’язкiв. Тодi крайова задача (1), (2) при умовi rank B0 = d, d = m − rank Q, має ρ = (n−s−m)-параметричну сiм’ю лiнiйно незалежних розв’язкiв у виглядi частини ряду Лорана: x (t, cρ) = +∞ ∑ i=−1 εi[xi (t, ci) + Xi (t) Pρcρ] ∀ cρ ∈ Rρ, (15) де коефiцiєнти xi (t, ci) , ci, Xi(t) визначаються за формулами (14). Зауваження. 1. За аналогiєю з [4, 6] можна довести, що ряд (15) при кожному фiксо- ваному достатньому малому ε ∈ (0; ε0] буде збiжним при будь-якому t ∈ [a, b] . 2. Умова (11) є достатньою умовою iснування розв’язкiв крайової задачi (1), (2). У ви- падку, коли умова (11) не виконується, розв’язки крайової задачi (1), (2) необхiдно шукати у виглядi частини ряду Лорана (7) з вiд’ємними степенями ε, якi меншi за −1. 1. Самойленко А. М., Шкiль М. I., Яковець В. П. Лiнiйнi системи диференцiальних рiвнянь з виродження- ми. — Київ: Вища шк., 2000. — 294 с. 2. Бояринцев Ю. Е. Регулярные и сингулярные системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений. — Новосибирск: Наука (Сиб. отд-ние), 1980. — 216 с. 3. Бойчук О. А., Шегда Л. М. Виродженi нетеровi крайовi задачi // Нелiнiйнi коливання. — 2007. — 10, № 3. — C. 303 – 312. ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2009, т . 12, N◦ 2 154 О. А. БОЙЧУК, Л. М. ШЕГДА 4. Вишик В. И., Люстерник Л. А. Решение некоторых задач о возмущениях в случае матриц и самосо- пряженных и несамосопряженных дифференциальных уравнений // Успехи мат. наук. — 1960. — 15, вып. 3. — С. 3 – 80. 5. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. — М.: Наука, 1967. — 572 с. 6. Бойчук А. А., Коростиль И. А., Фечкан М. Условия бифуркации решения абстрактного волнового уравнения // Дифференц. уравнения. — 2007. — 43, № 4. — С. 481 – 487. Одержано 30.06.08 ISSN 1562-3076. Нелiнiйнi коливання, 2009, т . 12, N◦ 2
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-178397
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1562-3076
language Ukrainian
last_indexed 2025-12-01T05:27:51Z
publishDate 2009
publisher Інститут математики НАН України
record_format dspace
spelling Бойчук, О.А.
Шегда, Л.М.
2021-02-19T07:14:26Z
2021-02-19T07:14:26Z
2009
Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач / О.А. Бойчук, Л.М. Шегда // Нелінійні коливання. — 2009. — Т. 12, № 2. — С. 147-154. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.
1562-3076
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178397
517.9
Получены условия бифуркации решений линейных вырожденных нетеровых краевых задач с малым параметром в предположении, что невозмущенная вырожденная дифференциальная система приводится к центральной канонической форме.
We obtain conditions for bifurcations of solutions of linear degenerate Noether boundary-value problems with a small parameter under the assumption that the unperturbed degenerate differential system can be reduced to a central canonical form.
uk
Інститут математики НАН України
Нелінійні коливання
Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач
Условия бифуркации решений вырожденных краевых задач
Conditions for bifurcations of solutions of degenerate boundary-value problems
Article
published earlier
spellingShingle Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач
Бойчук, О.А.
Шегда, Л.М.
title Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач
title_alt Условия бифуркации решений вырожденных краевых задач
Conditions for bifurcations of solutions of degenerate boundary-value problems
title_full Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач
title_fullStr Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач
title_full_unstemmed Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач
title_short Умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач
title_sort умови біфуркації розв'язків вироджених крайових задач
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/178397
work_keys_str_mv AT boičukoa umovibífurkacíírozvâzkívvirodženihkraiovihzadač
AT šegdalm umovibífurkacíírozvâzkívvirodženihkraiovihzadač
AT boičukoa usloviâbifurkaciirešeniivyroždennyhkraevyhzadač
AT šegdalm usloviâbifurkaciirešeniivyroždennyhkraevyhzadač
AT boičukoa conditionsforbifurcationsofsolutionsofdegenerateboundaryvalueproblems
AT šegdalm conditionsforbifurcationsofsolutionsofdegenerateboundaryvalueproblems