Continuity with respect to parameter of Green's matrices of multipoint boundary-value problems

We investigate a family of parameter-dependent multipoint boundary-value problems for systems of linear ordinary differential equations of order $ r\geq 2$, with the coefficients and right sides belonging to the spaces $(C^{(n-1)})^{m\times m} $ and $(C^{(n-1)})^{m}$ respectively. We find new suffic...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2015
Hauptverfasser: Pelekhata, O. B., Пелехата, О. Б.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainisch
Veröffentlicht: Інститут математики НАН України 2015
Online Zugang:https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/202
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Transactions of Institute of Mathematics of NAS of Ukraine
Завантажити файл: Pdf

Institution

Transactions of Institute of Mathematics of NAS of Ukraine
_version_ 1872552722823118848
author Pelekhata, O. B.
Пелехата, О. Б.
author_facet Pelekhata, O. B.
Пелехата, О. Б.
author_institution_txt_mv [ { "author": "О. Б. Пелехата", "institution": "Нацiональний технiчний унiверситет України \"КПI\"" } ]
author_sort Pelekhata, O. B.
baseUrl_str https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/oai
collection OJS
datestamp_date 2018-01-29T10:26:06Z
description We investigate a family of parameter-dependent multipoint boundary-value problems for systems of linear ordinary differential equations of order $ r\geq 2$, with the coefficients and right sides belonging to the spaces $(C^{(n-1)})^{m\times m} $ and $(C^{(n-1)})^{m}$ respectively. We find new sufficient conditions under which Green's matrices of these problems are continuous with respect to the parameter.
first_indexed 2026-08-04T01:03:57Z
format Article
fulltext Збiрник праць Iн-ту математики НАН України 2015, т. 12, № 2, 315–326 УДК 517.927.21 О. Б. Пелехата (Нацiональний технiчний унiверситет України ”КПI”, Київ) Неперервнiсть за параметром матриць Грiна багатоточкових крайових задач pelehataolia@yandex.ru We investigate a family of parameter-dependent multipoint boundary-value problems for systems of linear ordinary differenti- al equations of order r ≥ 2, with the coefficients and right sides belonging to the spaces (C(n−1))m×m and (C(n−1))m respectively. We find new sufficient conditions under which Green’s matrices of these problems are continuous with respect to the parameter. Дослiджена залежна вiд параметра сiм’я багатоточкових крайо- вих задач для систем лiнiйних звичайних диференцiальних рiв- нянь порядку r ≥ 2, коефiцiєнти та правi частини яких належать просторам (C(n−1))m×m та (C(n−1))m вiдповiдно. Знайдено новi достатнi умови неперервностi за параметром матриць Грiна та- ких задач. c© O. Б. Пелехата, 2015 316 О. Б. Пелехата 1. Вступ Багатоточковi крайовi задачi є класичним об’єктом дослiдження теорiї лiнiйних звичайних диференцiальних рiвнянь [1-10]. Непе- рервнiсть за параметром їхнiх розв’язкiв у рiвномiрнiй нормi до- слiджувалась в роботах [8-11]. Одержанi там результати носять завершений характер. У випадку, коли коефiцiєнти диференцi- альних рiвнянь, крайовi оператори та правi частини залежать вiд параметра, матрицi Грiна задачi також залежать вiд ньо- го. Виникає питання неперервностi за параметром матриць Грi- на вiдповiдних задач. У [9] знайдено умови рiвномiрної збiжно- стi матриць Грiна для систем диференцiальних рiвнянь першого порядку, коли коефiцiєнти та правi частини рiвнянь сумовнi на [a, b]. Випадок r ≥ 2 дослiджений в [11]. У [12] також встановлено умови неперервностi функцiй Грiна за параметром багатоточко- вих крайових задач для скалярних рiвнянь порядку r ≥ 2. Мета цiєї роботи — узагальнити та уточнити результати ро- бiт [9, 12]. Ми будемо дослiджувати неперервнiсть за параме- тром матриць Грiна багатоточкових крайових задач для систем диференцiальних рiвнянь порядку r > 2, коли коефiцiєнти та правi частини є n разiв неперервно диференцiйовними на вiд- рiзку [a, b], i розглядатимемо збiжнiсть за нормою вiдповiдного простору. Умови, накладенi нами на коефiцiєнти дещо сильнiшi, нiж у [9],тому наш результат є уточненням теореми, отриманої В. А. Михайлецем та Н. В. Ревою. Разом з тим, вiн є узагальне- нням твердження, доведеного в [12] на випадок систем. Робота складається з чотирьох роздiлiв. У другому роздiлi сформульовано постановку задачi та основний результат робо- ти, у третьому – доведено твердження, сформульоване в п. 2. Заключний четвертий роздiл мiстить висновки до роботи. Неперервнiсть за параметром матриць Грiна... 317 2. Постановка задачi та основний результат Нехай числа k,m, r, n ∈ N, [a, b]− скiнченний iнтервал, a = t1 < t2 < . . . < tk = b — його скiнченне розбиття. Розглянемо параме- тризовану числом ε ∈ [0, ε0] сiм’ю напiводнорiдних багатоточко- вих крайових задач для векторного лiнiйного диференцiального рiвняння порядку r > 2: y(r)(t; ε)+Ar−1(t; ε)y (r−1)(t; ε)+ . . . ..+A0(t; ε)y(t; ε) = f(t; ε) (1) k∑ l=1 r∑ j=1 βj,i(l; ε)y (j−1)(tl; ε) = 0, i ∈ 1, k. (2) де m × m-матрицi-функцiї Aj−1(·; ε) ∈ (C(n−1))m×m i вектор- функцiї f(·; ε) ∈ (C(n−1))m, матрицi βj,i(l; ε) ∈ Cm×m, l ∈ 1, k, i, j ∈ 1, r. Розв’язком задачi (1) – (2) є функцiя y(·), що має абсолютно неперервну похiдну порядку n + r − 1 i задовольняє диференцi- альне рiвняння (1) майже скрiзь та крайовi умови (2). Для коректностi розглядуваної задачi будемо вважати надалi, що виконується Припущення I. Однорiдна гранична крайова задача y(r)(t; 0) +Aj−1(t; 0)y (r−1)(t; 0) + ...+A0(t; 0)y(t; 0) = 0, (3) k∑ l=1 r∑ j=1 βj,i(l; 0)y (j−1)(tl; 0) = 0, i ∈ 1, k (4) має лише тривiальний розв’язок. Якщо виконане припущення I, то розв’язок розглядуваної за- дачi допускає iнтегральне представлення вигляду y(t; ε) = ∫ b a G(t, s; ε)f(s; ε)ds, (5) 318 О. Б. Пелехата де G(t, s; ε) — матриця Грiна вiдповiдної однорiдної крайової за- дачi вигляду (1)-(2). Формула визначає матрицю Грiна неодно- значно, а тому необхiдно серед усiх таких матриць видiлити одну, яку будемо називати нормованою. Для цього розглянемо поряд з багатоточковою крайовою за- дачею (1)-(2) вiдповiдну багатоточкову крайову задачу першого порядку. ŷ′(t; ε) = Â(t; ε)ŷ(t; ε) + f̂(t; ε), t ∈ (a, b), (6) k∑ l=1 B̂l(ε)ŷ(tl; ε) = 0. (7) де квадратнi блочнi матрицi-функцiї Â(·; ε) =  Om Im Om . . . Om Om Om Im . . . Om ... ... ... . . . ... Om Om Om . . . Im −A0(·; ε) −A1(·; ε) −A2(·; ε) . . . −Ar−1(·; ε)  (8) ∈ (C(n−1))p×p, B̂l(ε) =  β1,1(l; ε) β1,2(l; ε) . . . β1,r(l; ε) β2,1(l; ε) β2,2(l; ε) . . . β2,r(l; ε) ... ... . . . ... βr,1(l; ε) βr,2(l; ε) . . . βr,r(l; ε)  ∈ Cp×p, (9) вектор-функцiї f̂(·; ε) = (0, 0, . . . , 0, f(·; ε)) ∈ (C(n−1))p (10) Неперервнiсть за параметром матриць Грiна... 319 та ŷ(t; ε) = (y(t; ε), y′(t; ε), . . . , y(r−1)(t; ε)). (11) Як буде доведено далi, при кожному фiксованому ε однорiдна крайова задача (1)-(2) еквiвалентна однорiднiй крайовiй задачi вигляду (6)-(7) для системи p = rm диференцiальних рiвнянь першого порядку. Для цих систем нормованi матрицi Грiна уже визначенi. Ко- жна з них є блочною матричною функцiєю розмiрностi r × r, елементи якої є також матрицями-функцiями розмiрностim×m. Щоб задача (6)-(7) мала змiст, надалi будемо вважати, що однорiдна гранична крайова задача ŷ′(t; 0) = Â(t; 0)ŷ(t; 0), (12) k∑ l=1 B̂l(0)ŷ(tl; 0) = 0 (13) має лише тривiальний розв’язок. Розв’язок крайової задачi (6)-(7) можна представити у виглядi ŷ′(t; ε) = ∫ b a Ĝ(t, s, ε)f̂(s, ε)ds, t ∈ (a, b),∀f̂ ∈ C(n−1) (14) де G(t, s, ε)− матриця Грiна вiдповiдної однорiдної крайової за- дачi вигляду (1)-(2). Матриця Грiна у формулi (14) визначається неоднозначно. То- му видiлимо одну, яку назвемо нормованою. Введемо Означення. Для задачi вигляду (6)-(7) нормованою матри- 320 О. Б. Пелехата цею Грiна назвемо таку, яка представляється у виглядi G(t, s; ε) =  −Y (t; ε)[B1(ε) + k∑ l=2 Bl(ε)Y (tl; ε)] −1Z(s; ε) = := Sε(t, s) +Xε(t, s), t 6 s, Y (t; ε)Y −1(s; ε)− −Y (t; ε)[B1(ε) + k∑ l=2 Bl(ε)Y (tl; ε)] −1Z(s; ε) = := Sε(t, s), s < t. (15) де Z(S) := ∑ l:tl≤s BlY (tl)Y −1(S), а матриця-функцiя Y (·)− матрицант лiнiйного диференцiаль- ного рiвняння Y ′(t) = Â(t)Y (t), t0 ∈ (a, b) (16) з початковою умовою у фiксованiй точцi Y (t0) = Ip, t0 ∈ (a, b) (17) Формула (15) визначає матрицю Грiна однозначно. З неї та- кож слiдує, що матриця Грiна є розривною на вiдрiзках t = tk, s ∈ (a, b), а тому ми будемо її дослiджувати на неперерв- нiсть за параметром у нормах просторiв C(n) лише на смугах (tl−1, tl)× (a, b). Теорема 1. Нехай при ε → +0 та j ∈ 1, r для деякого n ∈ N виконуються умови: 1) ‖Aj−1(·; ε)−Aj−1(·; 0)‖(n−1) → 0; 2) βj,i(l; ε)→ βj,i(l; 0), i ∈ 1, r, l ∈ 1, k; тодi для достатньо малих значень ε iснують нормованi ма- трицi Грiна G(t, s; ε) задач (1) – (2) i на смугах (tl−1, tl)× (a, b) виконується граничне спiввiдношення ‖G(·, ·; ε)−G(·, ·; 0)‖(n) → 0, ε→ +0, (18) Неперервнiсть за параметром матриць Грiна... 321 де ‖ · ‖(n)− норма у просторi C(n). 3. Доведення основного результату Для доведення теореми 1 нам буде потрiбна Лема 1. Багатоточкова крайова задача вигляду (1) – (2) еквi- валентна багатоточковiй крайовiй задачi для системи p = rm диференцiальних рiвнянь першого порядку вигляду (6)-(7), де Â(·; ε), Bl(ε), f̂(t; ε), ŷ ′(t; ε) визначенi формулами (8)-(11). Доведення. Поставимо у вiдповiднiсть рiвнянню (1) систему рiвнянь першого порядку наступним чином y(t) = ŷ1(t), y′(t) = ŷ′1(t) = ŷ2(t), y′′(t) = ŷ′2(t) = ŷ3(t), . . . , y (r−1)(t) = ŷ′(r−1)(t) = ŷr(t). (19) Пiсля замiни отримаємо систему рiвнянь y(t) = ŷ1(t), ŷ′1(t) = ŷ2(t), ŷ′2(t) = ŷ3(t), . . . ŷ′(r−1)(t) = ŷr(t), ŷr(t) = −A0(t)ŷ1(t)−A1(t)ŷ2(t)− . . .−Ar−2(t)ŷ(r−1)(t)− −Ar−1(t)ŷr(t) + f(t), (20) яка еквiвалентна рiвнянню (1). Дiйсно, нехай функцiя y = φ(t) є розв’язком рiвняння (1). Тодi ŷ1 = φ(t), ŷ2 = φ′(t), . . . , ŷr = φ(r−1)(t), згiдно з (19), є розв’язком системи (20). Нехай тепер навпаки: ŷi = φi(t), i = 1, 2, . . . , r, 322 О. Б. Пелехата є розв’язком системи (20). Тодi, згiдно з спiввiдношеннями (19), y = φ1(ŷ) буде розв’язком рiвняння (1), що й доводить еквiвалентнiсть. Враховуючи рiвностi (8)-(11), систему (20) можна записати у виглядi диференцiального рiвняння першого порядку (6). Cпи- раючись на рiвностi (9), крайова умова перепишеться у вигля- дi крайової умови (2). Отже, мiж розв’язками задачi (1), (2) та (6), (7) iснує взаємно однозначна вiдповiднiсть, а саме: кожному розв’язку y(t; ε) рiвняння (1) вiдповiдає розв’язок ŷ(t; ε) рiвнян- ня (6), i навпаки. Лема доведена. � Лема 2. Нехай виконується припущення J . Тодi iснує нормова- на матриця Грiна G(t, s; ε) напiводнорiдної багатоточкової кра- йової задачi вигляду (1) – (2), та при цьому G(t, s; ε) = G1,r(t, s; ε), де G1,r(t, s; ε) — вiдповiдний елемент матрицi Грiна Ĝ(t, s; ε) = (Gj,i(t, s; ε)) r j,i=1 напiводнорiдної багатоточкової крайової задачi вигляду (6) – (7). Доведення. Враховуючи лему (1), умова iснування тривiально- го розв’язку задачi (3), (4) рiвносильна тому, що однорiдна кра- йова задача (12), (13) також буде мати лише тривiальний розв’я- зок. А з цього випливає, що для багатоточкової крайової задачi (6), (7) iснує матриця Грiна Ĝ(t, s; ε) = (Gj,i(t, s; ε)) r j,i=1, за до- помогою якої розв’язок напiводнорiдної багатоточкової крайової задачi (6), (7) може бути представлений у виглядi ŷ(t; ε) = b∫ a Ĝ(t, s; ε)f̂(s; ε)ds, t ∈ (a, b) ε ∈ [0, ε0], f̂(·; ε) ∈ (C(n−1))p. (21) Неперервнiсть за параметром матриць Грiна... 323 Враховуючи (8) – (11), рiвнiсть (21) можна записати у виглядi такої системи рiвнянь: y(t; ε) = b∫ a G1,r(t, s; ε)f(s; ε)ds, y′(t; ε) = b∫ a G2,r(t, s; ε)f(s; ε)ds, . . . . . . . . . . . . . . . , y(r−2)(t; ε) = b∫ a Gr−1,r(t, s; ε)f(s; ε)ds, y(r−1)(t; ε) = b∫ a Gr,r(t, s; ε)f(s; ε)ds, (22) де y(t; ε)— єдиний розв’язок напiводнорiдної багатоточкової кра- йової задачi (1), (2). Отже, врахувавши представлення (14) та систему (22), отри- муємо, що G(t, s; ε) = G1,r(t, s; ε). Лема 2 доведена. � Для нормованих матриць Грiна багатоточкових крайових за- дач для системи диференцiальних рiвнянь першого порядку у [13] доведена Теорема 2. Нехай при ε→ +0 виконуються наступнi умови: 1) ‖Â(t; ε)− Â(t; 0)‖(n−1) → 0; 2) ‖Bl(ε)−Bl(0)‖ → 0, l = 1, k; тодi для достатньо малих ε iснують нормованi матрицi Грiна задач (6), (7), для яких на смугах (tl−1, tl)× (a, b) виконується ‖Ĝ(·, ·; ε)− Ĝ(·, ·; 0)‖(n) → 0, ε→ +0. (23) Доведення. Згiдно з лемою 2, для доведення теореми 1 доста- тньо показати, що при виконаннi її умов для достатньо малих значень ε iснують матрицi Грiна Ĝ(t, s; ε) розглядуваних задач 324 О. Б. Пелехата (6) – (7) i на смугах (tl−1, tl) × (a, b) виконується граничне спiв- вiдношення (23). З леми 1 про еквiвалентнiсть крайових задач випливає, що умова iснування лише тривiального розв’язку для однорiдної крайової задачi виду (3), (4) рiвносильна тому, що однорiдна кра- йова задача (12), (13) для диференцiального рiвняння першого порядку також має лише тривiальний розв’язок. Тодi з умов 1), 2) теореми 1 та з формул (8) – (11) отримуємо при ε→ 0+ вико- нання таких спiввiдношень: ‖Â(·; ε)− Â(·; 0)‖(n−1) → 0, ‖Bl(ε)−Bl(0)‖ → 0. Тодi, згiдно з теоремою 2 про неперервнiсть за параметром матриць Грiна багатототочкових крайових задач для систем ди- ференцiальних рiвнянь першого порядку, для достатньо малих ε iснує нормована матриця Грiна задачi (6), (7) i на смугах (tl−1, tl)× (a, b) виконується граничне спiввiдношення (23). Цим теорема 1 доведена. 4. Висновки У статтi дослiджена параметризована числом ε ∈ [0, ε0] сiм’я багатоточкових крайових задач для векторних лiнiйних дифе- ренцiальних рiвнянь порядку r ≥ 2, коефiцiєнти та правi части- ни яких належать банаховим просторам (C(n))m×m та (C(n))m вiдповiдно, на скiнченному iнтервалi [a, b]. Так як матриця Грi- на є розривною на вiдрiзках t = tk, s ∈ (a, b), то дослiджена її неперервнiсть за параметром лише на смугах (tl−1, tl) × (a, b) у нормi простору (C(n))m. Встановлений результат є узагальнен- ням твердження, одержаного в [13] для скалярних рiвнянь, та уточненням для випадкiв, розглянутих в [9, 12]. Авторка вдячна В. А. Михайлецю за постановку задачi i ке- рiвництво роботою. Неперервнiсть за параметром матриць Грiна... 325 Лiтература [1] Cole R. H. General boundary conditions for an ordinary linear di- fferential system // Trans. Amer. Math. Soc. – 1964. – 111. – P. 521–550. [2] Bryan R. N. A linear differential system with general linear boundary conditions // J. Different. Equat. – 1969. – 5. – P. 38–48. [3] Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. – Москва: Наука, 1965. – 703 с. [4] Кигурадзе И. Т. Краевые задачи для систем обыкновенных диф- ференциальных уравнений // Совр. пробл. мат. Новейшие дости- жения. – Москва: ВИНИТИ, 1987. – 30. – С. 3–103. [5] Левин А.Ю. Предельный переход для несингулярных систем X? = An(t)X // Докл. АН СССР. – 1967. – 176, № 4. – С. 774–777. [6] Левин А.Ю. Вопросы теории обыкновенного линейного диффе- ренциального уравнения. I // Вестн. Ярослав. ун-та. – 1973. – Вып. 5. – С. 105–132. [7] Левин А.Ю. О многоточечной краевой задаче // Науч. докл. высш. школы. – 1985. – № 5. – С. 34–37. [8] Левин А.Ю. О дифференциальных свойствах функции Грина многоточечной краевой задачи // Докл. АН СССР. – 1961. – 136, № 5. – С. 1022–1025. [9] Михайлец В. А., Рева Н. В. Непрерывность по параметру реше- ний общих краевых задач / Зб. праць Iн-ту математики НАН України. – 2008. – 5, № 1. – С. 227–239. [10] Рева Н. В. Неперервнiсть за параметром розв’язкiв лiнiйних кра- йових задач: Дис. . . . канд. фiз.-мат. наук / Iн-т математики НАН України. – Київ, 2009. – 148 с. [11] Кодлюк Т. I., Михайлец В. А., Рева Н. В. Предельные теоремы для одномерных краевых задач // Укр. мат. журн. – 2013. – С. 70–81. [12] Михайлец В. А., Чеханова Г. А. Предельные теоремы для общих одномерных краевых задач // Укр. мат. вiсн. – 2014. – 11. – С. 227–239. 326 О. Б. Пелехата [13] Чеханова Г. О. Неперервнiсть за параметром розв’язкiв однови- мiрних крайових задач та їх похiдних: Дис. . . . канд. фiз.-мат. наук / Iн-т математики НАН України. – Київ: 2014. – 117 с.
id oai:trim.imath.kiev.ua:article-202
institution Transactions of Institute of Mathematics of NAS of Ukraine
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-08-04T01:03:57Z
publishDate 2015
publisher Інститут математики НАН України
record_format ojs
resource_txt_mv trimimathkievua/de/56065b08319fb035b7f61f5567006ade.pdf
spelling oai:trim.imath.kiev.ua:article-2022018-01-29T10:26:06Z Continuity with respect to parameter of Green&#039;s matrices of multipoint boundary-value problems Неперервність за параметром матриць Гріна багатоточкових крайових задач Pelekhata, O. B. Пелехата, О. Б. We investigate a family of parameter-dependent multipoint boundary-value problems for systems of linear ordinary differential equations of order $ r\geq 2$, with the coefficients and right sides belonging to the spaces $(C^{(n-1)})^{m\times m} $ and $(C^{(n-1)})^{m}$ respectively. We find new sufficient conditions under which Green&#039;s matrices of these problems are continuous with respect to the parameter. Досліджена залежна від параметра сім&#039;я багатоточкових крайових задач для систем лінійних звичайних диференціальних рівнянь порядку $ r\geq 2$, коефіцієнти та праві частини яких належать просторам $(C^{(n-1)})^{m\times m}$ та $(C^{(n-1)})^{m}$ відповідно. Знайдено нові достатні умови неперервності за параметром матриць Гріна таких задач. Інститут математики НАН України 2015-06-25 Article Article application/pdf https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/202 Transactions of Institute of Mathematics, the NAS of Ukraine; Vol. 12 No. 2 (2015): Differential equations and related problems of analysis; 315-326 Сборник Трудов Института математики НАН Украины; Том 12 № 2 (2015): Диференціальні рівняння і суміжні питання аналізу; 315-326 Збірник Праць Інституту математики НАН України; Том 12 № 2 (2015): Диференціальні рівняння і суміжні питання аналізу; 315-326 3083-7529 1815-2910 uk https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/202/179 Авторське право (c) 2015 O. Б. Пелехата
spellingShingle Pelekhata, O. B.
Пелехата, О. Б.
Continuity with respect to parameter of Green&#039;s matrices of multipoint boundary-value problems
title Continuity with respect to parameter of Green&#039;s matrices of multipoint boundary-value problems
title_alt Неперервність за параметром матриць Гріна багатоточкових крайових задач
title_full Continuity with respect to parameter of Green&#039;s matrices of multipoint boundary-value problems
title_fullStr Continuity with respect to parameter of Green&#039;s matrices of multipoint boundary-value problems
title_full_unstemmed Continuity with respect to parameter of Green&#039;s matrices of multipoint boundary-value problems
title_short Continuity with respect to parameter of Green&#039;s matrices of multipoint boundary-value problems
title_sort continuity with respect to parameter of green&#039;s matrices of multipoint boundary-value problems
url https://trim.imath.kiev.ua/index.php/trim/article/view/202
work_keys_str_mv AT pelekhataob continuitywithrespecttoparameterofgreen039smatricesofmultipointboundaryvalueproblems
AT pelehataob continuitywithrespecttoparameterofgreen039smatricesofmultipointboundaryvalueproblems
AT pelekhataob neperervnístʹzaparametrommatricʹgrínabagatotočkovihkrajovihzadač
AT pelehataob neperervnístʹzaparametrommatricʹgrínabagatotočkovihkrajovihzadač