Solvability and Trajectory-Final Controllability of Pseudohyperbolic Systems

We consider the problem of solvability and optimization for a pseudohyperbolic operator of the general form. We prove theorems on existence and uniqueness for various right-hand sides of the equation. The results obtained are applied to the problem of trajectory-final controllability.

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2005
Main Authors: Nomirovs'kii, D. A., Номировский, Д. А.
Format: Article
Language:Russian
English
Published: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2005
Online Access:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3604
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Download file: Pdf

Institution

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860509721626148864
author Nomirovs'kii, D. A.
Номировский, Д. А.
Номировский, Д. А.
author_facet Nomirovs'kii, D. A.
Номировский, Д. А.
Номировский, Д. А.
author_sort Nomirovs'kii, D. A.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2020-03-18T19:59:42Z
description We consider the problem of solvability and optimization for a pseudohyperbolic operator of the general form. We prove theorems on existence and uniqueness for various right-hand sides of the equation. The results obtained are applied to the problem of trajectory-final controllability.
first_indexed 2026-03-24T02:45:36Z
format Article
fulltext UDK 517.977.56 D. A. Nomyrovskyj (Kyev. nac. un-t ym. T. Íevçenko) RAZREÍYMOST| Y TRAEKTORNO-FYNAL|NAQ UPRAVLQEMOST| PSEVDOHYPERBOLYÇESKYX SYSTEM We investigate problems of the solvability and optimization for pseudo-hyperbolic operator of the general form. For different classes of right-hand side of an equation, we prove theorems on the existence and uniqueness. We apply the results obtained to the problem of trajectory-final controllability. Rozhlqdagt\sq problemy rozv’qznosti ta optymizaci] dlq psevdohiperboliçnoho operatora za- hal\noho vyhlqdu. Dlq riznyx klasiv pravyx çastyn rivnqnnq dovedeno teoremy isnuvannq ta [dynosti. OderΩani rezul\taty zastosovano do zadaçi tra[ktorno-final\no] kerovanosti. V nastoqwej stat\e yzuçaetsq zadaça optymyzacyy psevdohyperbolyçeskoj system¥ L u u A u B u f t x htt t≡ + + =( ) ( ) ( , ; ) , (1) �( ) ( ), minh u h h h = ( ) →Φ , (2) hde u t x h( , ; ) — reßenye uravnenyq (1), ( , )t x ∈ ( , )0 T × Ω ⊂ Rn+1, A, B — ope- rator¥ vtoroho porqdka po prostranstvenn¥m peremenn¥m, h — upravlenye systemoj, � — funkcyonal kaçestva. Zadaçy, pryvodqwye k operatoram L, y klassyçeskye naçal\no-kraev¥e zadaçy dlq takyx system v cylyndryçeskoj ob- lasty ( , )0 T × Ω yssledovan¥ dostatoçno xoroßo [1 – 5]. Kraev¥e zadaçy s kosoj proyzvodnoj dlq psevdohyperbolyçeskoho operatora rassmatryvalys\ v [6], nelokal\n¥e zadaçy — v [7]. V sluçae, kohda pravaq çast\ f qvlqetsq obob- wennoj funkcyej nekotoroho koneçnoho porqdka, psevdohyperbolyçeskye uravnenyq yzuçalys\ v [7 – 10]. Zadaçy optymal\noho upravlenyq takymy syste- mamy rassmatryvalys\ v [9 – 14]. Odnako vse yzvestn¥e rezul\tat¥ otnosytel\no psevdohyperbolyçeskyx uravnenyj s obobwenn¥my funkcyqmy v pravoj çasty soderΩat rqd suwest- venn¥x ohranyçenyj na operator¥ A, B (ravnomernaq πllyptyçnost\, Ωestkye uslovyq na mladßye çlen¥ yly otsutstvye πtyx slahaem¥x, uslovyq na hlad- kost\ koπffycyentov). Krome toho, v ukazann¥x rabotax teorem¥ razreßymos- ty ustanavlyvagt tol\ko odno sootnoßenye meΩdu hladkostqmy pravoj çasty y reßenyq uravnenyq, çto daet vozmoΩnost\ πffektyvno prymenqt\ takye teore- m¥ tol\ko v sluçae, kohda dyfferencyal\n¥e svojstva konkretnoj pravoj çasty sovpadagt s trebovanyqmy hladkosty v prostranstve prav¥x çastej. V dannoj rabote rassmotrena zadaça optymyzacyy dlq osnovn¥x kraev¥x za- daç psevdohyperbolyçeskyx system. Otnosytel\no operatorov A, B snqto bol\ßynstvo ohranyçenyj (suwestvenn¥m ostaetsq tol\ko ravnomernaq πllyp- tyçnost\ operatora A ) . Dlq korrektnoho yzuçenyq optymyzacyonnoj zadaçy ustanovlen¥ razlyçn¥e teorem¥ edynstvennoj razreßymosty psevdohyperboly- çeskoho uravnenyq v zavysymosty ot porqdka synhulqrnosty pravoj çasty f. Poluçenn¥e rezul\tat¥ dagt vozmoΩnost\ πffektyvno yzuçat\ vopros¥ fy- nal\noj upravlqemosty takymy systemamy. 1. Osnovn¥e oboznaçenyq. V oblasty Q = ( , )0 T × Ω ( Ω ⊂ R n — ohra- nyçennaq odnosvqznaq oblast\ s rehulqrnoj hranycej ∂Ω ) rassmotrym psevdo- hyperbolyçeskoe uravnenye (1), hde A — πllyptyçeskyj operator vtoroho po- rqdka, ne zavysqwyj ot peremennoj t, A u( ) = − ∂ ∂ ∂ ∂     + ∂ ∂ + = = ∑ ∑ i j n j ij i i n i ix a x u x a x u x a x u , ( ) ( ) ( ) 1 1 . (3) © D. A. NOMYROVSKYJ, 2005 366 ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 RAZREÍYMOST| Y TRAEKTORNO-FYNAL|NAQ UPRAVLQEMOST| … 367 Operator B zadaetsq analohyçno. Budem predpolahat\, çto aij = aji , bij = bji . Krome toho, operator A qvlqetsq ravnomerno πllyptyçn¥m v oblasty Ω , t. e. i j n ij i j i n ia x , ( ) = = ∑ ∑≥ 1 1 2λ λ α λ (4) dlq proyzvol\n¥x dejstvytel\n¥x λi , hde α — poloΩytel\naq postoqnnaq, ne zavysqwaq ot x ∈Ω y λi . Hranyca ∂Ω sostoyt yz trex rehulqrn¥x çastej: γ1, γ 2 , γ 3 . PoloΩym Γi = = ( , )0 T × γ i , Γ = ( , )0 T × ∂Ω . Yskomaq funkcyq u t x( , ) udovletvorqet na- çal\n¥m u u tt t = = = ∂ ∂ =0 0 0 (5) y kraev¥m u u u a x u u u A B t A B Γ Γ Γ 1 2 3 0 0= ∂ ∂ + ∂ ∂     = + ∂ ∂ + ∂ ∂     =� � � � µ µ µ µ ( ) (6) uslovyqm, hde � µA = A � n , � µB = B � n — vektor¥ konormaly, A = aij{ } , B = bij{ }, � n — vektor vneßnej normaly k poverxnosty ∂Ω , a x0( ) — neprer¥vnaq na γ 3 funkcyq. Oboznaçym çerez L0 mnoΩestvo funkcyj u t x( , ) ∈ C Q∞( ), udovletvorqg- wyx uslovyqm (6) y u u tt t = = = ∂ ∂ =…=0 0 0 . Pust\ W k 0 1, , Hk 0 1, , V k 0 1, , k ∈N ∪ {0}, — popolnenyq mnoΩestva L0 po nor- mam u u u dQ W Q k i n x k k i0 1 2 2 1 2 , ( ) ( )= ( ) + ( )∫ ∑ = , u u u d dQ H Q k i n t x k k i 0 1 2 2 1 0 2 , ( ) ( ) = ( ) +          ∫ ∑ ∫ = τ , (7) u u u d V W k t T k k 0 1 0 1 2 2 2 , , ( )= + ( )∫ =Ω Ω sootvetstvenno. Zdes\ y dalee verxnyj yndeks v u k( ) oboznaçaet k-g proyz- vodnug funkcyy u t x( , ) po peremennoj t. Pust\ WT k,1 , HT k,1 , VT k,1 , k ∈N ∪ {0}, — popolnenyq mnoΩestva LT funk- cyj v( , )t x ∈ C Q∞( ), udovletvorqgwyx uslovyqm v Γ1 0= , v v t T t Tt= = = ∂ ∂ =…= 0 , (8) po normam (7) y v v v H Q k i n T t x k T k i d dQ, ( ) ( ) 1 2 2 1 2 = ( ) +          ∫ ∑ ∫ = τ , ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 368 D. A. NOMYROVSKYJ v v v V W k tT k T k d, , ( ) 1 1 2 2 2 0 = + ( )∫ =Ω Ω sootvetstvenno. Traktuq proyzvodnug otrycatel\noho porqdka kak yntehral, lehko raspro- stranyt\ opredelenyq prostranstv W k,1 , Hk,1 , V k,1 dlq cel¥x otrycatel\n¥x k. Naprymer, W0 1 1− , — popolnenye L0 po norme u u d u d dQ W Q t i n t xi 0 1 1 2 0 2 1 0 2 − =     +    ∫ ∫ ∑ ∫ = , τ τ . Nesmotrq na v¥polnenye neravenstva u W k 0 1, ≤ u V k 0 1, dlq vsex u L∈ 0 , vloΩenye V k 0 1, ⊂ W k 0 1, otsutstvuet (sluçaj podoben rassmotrennomu v [12, 15]), poskol\ku dlq πtoj par¥ prostranstv ne v¥polnqetsq uslovye π ) [16]. Pro- stranstvo V k 0 1, sleduet rassmatryvat\ (s toçnost\g do yzometryy) kak mno- Ωestvo funkcyj u t x( , ) prostranstva W k 0 1, , u kaΩdoj yz kotor¥x ymeet sm¥sl sled u T xk( )( , ) ∈ L2( )Ω . Analohyçnoe zameçanye ymeet mesto y otnosy- tel\no prostranstva VT k,1 . Lemma 1. Dlq proyzvol\noho k ∈Z ymegt mesto plotn¥e neprer¥vn¥e vloΩenyq: 1) H W H Vk k k k 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1+ −⊂ ⊂ ⊂, , , , ; 2) H W H VT k T k T k T k+ −⊂ ⊂ ⊂1 1 1 1 1 1, , , , . Krome toho, H L Q0 0 1 2 , ( )⊂ , H L QT 0 1 2 , ( )⊂ . Dlq ustanovlenyq kaΩdoho yz vloΩenyj neobxodymo dokazat\ sravnymost\ norm na L0 (yly sootvetstvenno LT ) y proveryt\ uslovye π ). Oboznaçym çerez W k− −, 1 , H k− −, 1 , V k− −, 1 sootvetstvugwye soprqΩenn¥e prostranstva. Prymenqq formulu yntehryrovanyq po çastqm y perexodq k poverxnostn¥m yntehralam, nesloΩno ubedyt\sq, çto dlq proyzvol\n¥x hladkyx v Q funk- cyj u t x( , ) , v( , )t x , f t x h( , ; ) , udovletvorqgwyx sootvetstvenno uslovyqm (1), (5), (6), (8), ymeet mesto ravenstvo −( )ut t L Q, ( )v 2 – i j n ij x t x L Q a u i j , ( ) , = ∑ ( ) 1 2 v – i n i x t L Q a u i = ∑ ( ) 1 2 , ( ) v – – au t L Q, ( )v( ) 2 + i j n ij x x L Q b u i j , ( ) , = ∑ ( ) 1 2 v + i n i x L Q b u i = ∑ ( ) 1 2 , ( ) v + + bu L Q, ( )v( ) 2 + a u L0 2 3 , ( )v( ) Γ = f L Q, ( )v( ) 2 . (9) Budem sçytat\, çto koπffycyent¥ aij , bij , ai , bi , a, b neprer¥vn¥ v Ω , a a0 — v γ 3 . Levaq çast\ ravenstva (9) opredelena dlq proyzvol\n¥x u H∈ 0 1 1, , v ∈WT 1 1, . ∏to daet vozmoΩnost\ rassmatryvat\ levug çast\ ravenstva (9) kak operator L : H0 1 1, → WT − −1 1, , opredelenn¥j dlq vsex funkcyj u H∈ 0 1 1, . Lehko ubedyt\sq, çto L — lynejn¥j operator. Ta Ωe levaq çast\ ravenstva (9) opre- delqet y lynejn¥j soprqΩenn¥j operator L * : WT 1 1, → H0 1 1− −, . 2. Apryorn¥e neravenstva. Dlq yzuçenyq optymyzacyonnoj zadaçy (1), (2) nuΩno obespeçyt\ opredelenn¥e svojstva L . Dejstvytel\no, dlq opredele- ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 RAZREÍYMOST| Y TRAEKTORNO-FYNAL|NAQ UPRAVLQEMOST| … 369 nyq Φ u h h( ),( ) neobxodymo harantyrovat\ suwestvovanye y edynstvennost\ re- ßenyq (1) dlq vsex upravlqgwyx funkcyj f h( ), kohda h probehaet mnoΩest- vo dopustym¥x upravlenyj U∂. Krome toho, dlq dokazatel\stva skol\-nybud\ soderΩatel\n¥x utverΩdenyj otnosytel\no zadaçy mynymyzacyy (2) neobxody- mo znat\ xaraktern¥e svojstva operatora L . Teorema 1. Dlq proyzvol\noj funkcyy u H∈ 0 1 1, v¥polnqetsq neravenstvo Lu c u W H T − − ≤1 1 0 1 1, , . Zdes\ y dalee c — nekotoraq poloΩytel\naq postoqnnaq, ne zavysqwaq ot funkcyy u t x( , ) . Dokazatel\stvo. Esly k ravenstvu (9) prymenyt\ neravenstvo Koßy – Bunqkovskoho v yntehral\noj forme y neravenstvo Frydryxsa, to poluçym do- kazatel\stvo neobxodymoho neravenstva. Sledstvye 1. Operator L : H0 1 1, → WT − −1 1, slabo neprer¥vn¥j (t.+e. ne- prer¥vn¥j v prostranstvax H0 1 1, , WT − −1 1, , nadelenn¥x slab¥my topolohyqmy). Teorema 2. Dlq proyzvol\noj funkcyy u H∈ 0 1 1, v¥polnqetsq neravenstvo c u uV WT − ≤ − − 1 0 0 1 1 1, ,L . (10) Dokazatel\stvo. Dlq ustanovlenyq neravenstva (10) rassmotrym znaçenye funkcyonala Lu WT∈ − −1 1, na πlemente v( , )t x , hde v( , )t x — reßenye zadaçy Koßy e u t xMt t− +( ) =v v ( , ) , v t T= = 0 . Znaçenye poloΩytel\noj postoqnnoj M ukaΩem pozdnee. Otmetym, çto funk- cyq v( , )t x prynadleΩyt prostranstvu WT 1 1, . Preobrazuem y ocenym Lu( )( )v . Dlq πtoho v opredelenye operatora L (ravenstvo (9)) podstavym u t x( , ) = e Mt t− +( )v v y rassmotrym kaΩdoe yz slaha- em¥x otdel\no. Yspol\zuq formulu yntehryrovanyq po çastqm, poluçaem J1 = −( )ut t L Q, ( )v 2 = −( )−u e ut Mt L Q , ( ) v - 2 = −( )ut L Q, ( )v 2 + u e ut Mt L Q , ( ) −( ) 2 = = u t L Q, ( )v( ) 2 + 1 2 2 Ω Ω∫ − = e u dMT t T + M e u dQ Q Mt 2 2∫ − . Dalee ymeem u t L Q, ( )v( ) 2 = u e uMt L Q , ( ) v - −( ) 2 = eMt t L Q − +( )( )v v v, ( )2 – Q Mte u dQ∫ − 2 = = 1 2 2 0 Ω Ω∫ = v t d + M e dQ Q Mt 2 2∫ v + Q Mte dQ∫ v2 – Q Mte u dQ∫ − 2 . Takym obrazom, dokazano neravenstvo J1 ≥ 1 2 2 Ω Ω∫ − = e u dMT t T + M e u dQ Q Mt− ∫ −2 2 2 + M e dQ Q Mt 2 2∫ v . Rassmotrym vtoroe slahaemoe. Prynymaq vo vnymanye symmetryçnost\ mat- ryc¥ aij i j n{ } =, 1 , poluçaem ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 370 D. A. NOMYROVSKYJ J2 = − − +( ) = ∑ ∫ i j n Q ij Mt t x x t xa e dQ i i j , 1 v v v = = i j n Q ij Mt t x t xa e dQ i j , = ∑ ∫ 1 v v + 1 2 1 0i j n ij x x t a d i j , = =∑ ∫ Ω Ωv v + + M a e dQ i j n Q ij Mt x xi j2 1, = ∑ ∫ v v ≥ ≥ α i n Q Mt t xe dQ i = ∑ ∫ 1 2v + αM e dQ i n Q Mt xi2 1 2 = ∑ ∫ v . Pust\ c* — poloΩytel\naq postoqnnaq, maΩoryrugwaq v oblasty Ω vse koπffycyent¥ aij , bij , ai , bi , a, b, a a0 — v γ 3 . Ocenym ostal\n¥e slahae- m¥e. Prymenqq neravenstvo Koßy, poluçaem J3 = − − +( ) = ∑ ∫ i n Q i Mt t x x ta e dQ i i 1 v v v ≥ ≥ − + = ∑ ∫c e c c e dQ i n Q Mt t x Mt ti* * * 1 2 2 4 α α v v – c e i n Q Mt xi * 2 1 2 = ∑ ∫ v + e dQMt tv2 , J4 = −∫ Q tau dQv ≥ − +∫ −c e u e dQ Q Mt Mt t * 2 2 2v . Rassmotrym sledugwee slahaemoe: J5 = i j n Q ij Mt t x x xb e dQ i i j , = ∑ ∫ − +( ) 1 v v v ≥ ≥ − = ∑ ∫c n e nci n Q Mt t xi* * 1 2 4 α v + nc e dQ Mt xi * v2 α – c n e dQ i n Q Mt xi * = ∑ ∫ 1 2v . Analohyçno ymeem J6 = i n Q i Mt t x xb e dQ i i = ∑ ∫ − +( ) 1 v v v ≥ ≥ − = ∑ ∫c e ci n Q Mt t xi* * 1 2 4 α v + c e dQ Mt* v2 α – c e dQ i n Q Mt xi * 2 1 2 2 = ∑ ∫ +( )v v , J7 = Q bu dQ∫ v ≥ − ∫ −c e u Q Mt* 2 2 + e dQMt v2 . Rassmotrym poslednee slahaemoe J8 = Γ Γ 3 0 3∫ a u dv ≥ − ∫ −c e uMt* Γ3 2ε + 1 4 2 3ε e dMt v Γ , hde znaçenye poloΩytel\noj postoqnnoj ε > 0 ukaΩem pozdnee. Prynymaq vo vnymanye neravenstva Frydryxsa Γ Γ∫ −e u dMt 2 ≤ c e uf Q Mt∫ − 2 + i n Mt xe u dQ i = −∑ 1 2 , ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 RAZREÍYMOST| Y TRAEKTORNO-FYNAL|NAQ UPRAVLQEMOST| … 371 Γ Γ∫ e dMt v2 ≤ c ef Q Mt∫ v2 + i n Mt xe dQ i = ∑ 1 2v , hde c f > 0 — postoqnnaq Frydryxsa, poluçaem J8 ≥ − ∫ −c c e uf Q Mt*ε 2 + i n Mt xe u dQ i = −∑ 1 2 – c c ef Q Mt * 4 2 ε ∫ v + i n Mt xe dQ i = ∑ 1 2v . Takym obrazom, dokazano, çto Lu( )( )v ≥ 1 2 2 Ω Ω∫ − = e u dMT t T – c c e u dQf i n Q Mt xi *ε = −∑ ∫ 1 2 + + M c c c e u dQf Q Mt 2 1 2− − −    ∫ −* *ε + + M c n c n c c e dQf Q Mt+ − − + −     ∫ 2 2 1 2 4 2 2( ) ( )* * * α ε v – – c c n n e dQ Q Mt t * * α + +    ∫ 1 2 2v + α 4 1 2 i n Q Mt t xe dQ i = ∑ ∫ v + + α α ε M c n c c n c c e dQf i n Q Mt xi2 4 2 2 1 2− − − −     = ∑ ∫* * * *( ) v . PoloΩym ε α= 20c c f * . S uçetom neravenstv Q Mt te dQ∫ v2 = Q Mt Mte e u dQ∫ −( )−v 2 ≤ 2 2 Q Mte∫ v + e u dQMt− 2 , Q Mt xe u dQ i∫ − 2 = Q Mt x t xe dQ i i∫ −( )v v 2 ≤ 2 2 Q Mt xe i∫ v + e dQMt t xi v2 nesloΩno podobrat\ takoe dostatoçno bol\ßoe M > 0, çtob¥ Lu( )( )v ≥ c Q t − ∫1 2v + i n t xi dQ = ∑ 1 2v + + c u Q − ∫1 2 + i n xu dQ i = ∑ 1 2 + c u d t T − =∫1 2 Ω Ω. Prymenqq k pravoj çasty neravenstvo Koßy, poluçaem L Lu u c u W W W V T T T − − ≥ ( ) ≥ − 1 1 1 1 1 1 0 0 12 1 , , , ,( )v v v , otkuda y sleduet utverΩdenye teorem¥. Zameçanye 1. Teorema 2 spravedlyva y v sluçae, kohda koπffycy- ent¥PPPuravnenyq aij , bij , ai , bi , a, b prynadleΩat prostranstvu L∞( )Ω , a a L0 3∈ ∞( )γ . Esly k slahaemomu a uij x t x L Qi j , ( ) v( )∑ 2 v ravenstve (9) prymenyt\ formulu yntehryrovanyq po çastqm, to poluçym ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 372 D. A. NOMYROVSKYJ i j n ij x t x L Q i j n ij t x x L Q a u a u i j i j , ( ) , ( ) , , = = ∑ ∑( ) = − ( ) 1 12 2 v v , y levaq çast\ (9) budet opredelqt\ rasßyrenye soprqΩennoho operatora L * do otobraΩenyq yz HT 1 1, v W0 1 1− −, . Soxranym za πtym operatorom preΩnee obo- znaçenye L * y dokaΩem apryornug ocenku. Teorema 3. Dlq vsex v ∈HT 1 1, v¥polnqgtsq neravenstva c cV W HT T − ≤ ≤− − 1 0 1 0 1 1 1 1v v v, , , *L . (11) Dokazatel\stvo. Kak y v sluçae teorem¥ 2, dlq dokazatel\stva ocenky snyzu sleduet rassmotret\ znaçenye funkcyonala L *v ∈ W0 1 1− −, na πlemente u t x( , ) , hde u t x( , ) — reßenye zadaçy Koßy e u u t xMt t − +( ) = v( , ) , u t= =0 0 . Sledstvye 2. Operator¥ L : H0 1 1, → WT − −1 1, , L * : HT 1 1, → W0 1 1− −, ynæek- tyvn¥e. Teorema 4. Dlq vsex f VT∈ −0 1, P⊂P WT − −1 1, suwestvuet edynstvennoe reße- nye u W∈ 0 1 1, uravnenyq Lu f= . Dokazatel\stvo. V sylu (11) dlq vsex v ∈ ⊂W HT T 1 1 1 1, , v¥polnqgtsq nera- venstva f f c fV V V WT T T ( ) , , , , *v v v≤ ≤− − − −0 1 0 1 0 1 0 1 1L . V sylu ynæektyvnosty operatora L * v¥raΩenye f ( )v moΩno rassmatryvat\ kak lynejn¥j neprer¥vn¥j funkcyonal l ot L *v v prostranstve W0 1 1− −, , opredelenn¥j na L * ,WT 1 1( ). Sohlasno teoreme Xana – Banaxa πtot funkcyonal moΩno rasßyryt\ po neprer¥vnosty na vse W0 1 1− −, . V sylu refleksyvnosty prostranstva W0 1 1, suwestvuet takoe u W∈ 0 1 1, , çto l L *v( ) = L * ( )v( ) u yly f ( )v = L u( )( )v . Otsgda v sylu proyzvol\nosty v ymeem L u f= . Edynstvennost\ sleduet yz ynæektyvnosty L . Zameçanye 2. Analohyçno ustanavlyvaetsq, çto dlq vsex f WT∈ −0 1, suwe- stvuet edynstvennoe reßenye u W∈ 0 1 1, uravnenyq L u f= , otkuda sleduet plotnost\ R L( ) v WT − −1 1, . Opredelenye 1. Obobwenn¥m reßenyem uravnenyq L u f= budem naz¥- vat\ πlement u V∈ 0 0 1, , dlq kotoroho suwestvuet takaq posledovatel\nost\ u Hi ∈ 0 1 1, , çto u ui V− → 0 0 1 0, , L u fi WT − →− −1 1 0, pry i → ∞. Teorema 5. Dlq vsex f WT∈ − −1 1, suwestvuet edynstvennoe obobwennoe re- ßenye u V∈ 0 0 1, uravnenyq L u f= . Dokazatel\stvo. UtverΩdenye teorem¥ sleduet yz plotnosty mnoΩestva R L( ) v WT − −1 1, y neravenstva (10). ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 RAZREÍYMOST| Y TRAEKTORNO-FYNAL|NAQ UPRAVLQEMOST| … 373 Sledstvye 3. Dlq vsex f WT∈ − −1 1, v¥polnqetsq neravenstvo u V0 0 1, ≤ ≤ c f WT − −1 1, , hde u V∈ 0 0 1, — obobwennoe reßenye uravnenyq L u f= . Zameçanye 3. Pust\ HT 2 1, — popolnenye mnoΩestva funkcyj v ∈ ( )∞C Q , udovletvorqgwyx uslovyqm v Γ1 = 0, v t T= = 0 po norme prostranstva HT 2 1, . Qsno, çto ymeet mesto neprer¥vnoe plotnoe vloΩenye HT 2 1, ⊂ WT 1 1, . Prynymaq vo vnymanye ravenstvo (9) y formulu yntehryrovanyq po çastqm −( ) = −( ) +u u T x T x ut t L Q t L tt L Q, ( , ), ( , ) ( , )( ) ( ) ( )v v v 2 2 2Ω ∀ ∈u H0 1 1, , v ∈HT 2 1, , operator L moΩno rasßyryt\ po neprer¥vnosty do L1: V0 0 1, → HT − −2 1, . Ne- sloΩno ponqt\, çto obobwennoe reßenye u V∈ 0 0 1, udovletvorqet ravenstvu L1u f= , t. e. v teoreme 5 ustanovleno, çto WT − −1 1, ⊂ R L1( ) y dlq vsex u V∈ 0 0 1, , L1u ∈ WT − −1 1, v¥polnqetsq neravenstvo u V0 0 1, ≤ c u WT L1 1 1− −, . Lemma 2. Operator L1 ynæektyvn¥j. Dokazatel\stvo. Prymenqq formulu yntehryrovanyq po çastqm k (9), po- luçaem, çto dlq proyzvol\n¥x u H∈ 0 1 1, , v ∈WT 2 1, levaq çast\ prynymaet vyd u tt L Q, ( )v( ) 2 + i j n ij t x tt x L Q a u d i j , ( ) , = ∑ ∫    1 0 2 τ v + i n i t x tt L Q a u d i = ∑ ∫       1 0 2 τ, ( ) v – – au t L Q, ( )v( ) 2 – i j n ij t x t x L Q b u d i j , ( ) , = ∑ ∫    1 0 2 τ v – i n i t x t L Q b u d i = ∑ ∫    1 0 2 τ, ( ) v + + bu L Q, ( )v( ) 2 + a u L0 2 3 , ( )v( ) Γ . ∏to v¥raΩenye zadaet rasßyrenye L do lynejnoho neprer¥vnoho operatora L 2 : H0 0 1, → WT − −2 1, . Rassmotrym znaçenye L 2u na πlemente v( , )t x ∈ WT 2 1, , hde v( , )t x — reßenye zadaçy Koßy e u dMt tt t t − +( ) = − ∫v v 0 τ , v vt T t t T= == = 0, (12) y, provedq ocenky, analohyçn¥e takov¥m pry dokazatel\stve teorem¥ 2, ustano- vym neravenstvo c ud dQ u Q t WT − ∫ ∫     ≤ − − 1 0 2 2 2 2 1τ L , ∀ ∈u H0 0 1, . (13) Yspol\zuq poluçennoe neravenstvo y rassuΩdaq, kak y pry dokazatel\stve teo- rem¥ 4, poluçaem, çto uravnenye L 2 * v = g ymeet reßenye v ∈WT 2 1, dlq vsex g WT∈ 1 1, . Otsgda sleduet plotnost\ R L 2 *( ) v prostranstve H0 0 1,− , a znaçyt, y v W0 0 1,− . S druhoj storon¥, qsno, çto na πlementax v ∈WT 2 1, ymegt mesto ravenstva L L L L1 1 1 2 1 2 1u u u u( ) = ( ) = ( ) = ( )( ) ( ) ( ) ( )*v v v v ∀ = ∈u u u V( , ) , 1 2 0 0 1 , hde para funkcyj u t x1( , ) ∈ W0 0 1, , u x2( ) ∈ L2( )Ω zadaet u V∈ 0 0 1, ( u2 — sled u t x( , ) pry t = T ) . Esly teper\ dlq nekotoroj funkcyy u = ( , )u u1 2 ∈ V0 0 1, ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 374 D. A. NOMYROVSKYJ ymeet mesto L1 0u = , to v sylu plotnosty R L 2 *( ) poluçym u1 0= . S uçetom πtoho ravenstvo L1 0u = moΩno perepysat\ v vyde −( ) =u T xt L2 2 0, ( , ) ( )v Ω ∀ ∈v HT 2 1, . Otsgda v sylu teorem¥ o sledax poluçaem u2 0= , çto y trebovalos\ dokazat\. 3. Optymyzacyq psevdohyperbolyçeskoj system¥. Pust\ v optymyzacy- onnoj zadaçe (1), (2) upravlenye h v¥byraetsq yz dopustymoho mnoΩestva U∂ topolohyçeskoho prostranstva upravlenyj C. Funkcyonal Φ u h h( ),( ) oprede- len v prostranstve V0 0 1, × C. Pod u h V( ) ,∈ 0 0 1 budem ponymat\ obobwennoe re- ßenye uravnenyq (1) v sm¥sle opredelenyq 1. Podobno [12, 15] dokaΩem optymyzacyonn¥e teorem¥. Teorema 6. Pust\ sostoqnye system¥ opredelqetsq yz uravnenyq (1). Esly v prostranstve C suwestvuet takaq topolohyq τC , çto: 1) funkcyonal Φ sekvencyal\no poluneprer¥vn¥j snyzu v prostranstve V0 0 1, × C s topolohyej, poroΩdennoj slaboj topolohyej prostranstva V0 0 1, yPP τC ; 2) mnoΩestvo U∂ sekvencyal\no kompaktnoe v topolohyçeskom prostran- stve upravlenyj C C, τ( ); 3) otobraΩenye f : C → WT − −1 1, sekvencyal\no slabo neprer¥vnoe (h hk → v C C, τ( ) ⇒ f hk( ) → f h( ) v slaboj topolohyy prostranstva WT − −1 1, ), to funkcyonal �( )h ohranyçen snyzu y optymal\noe upravlenye suwestvuet. Dokazatel\stvo. V sylu uslovyq 2 moΩno v¥brat\ sxodqwugsq k h U* ∈ ∂ v prostranstve C C, τ( ) posledovatel\nost\ upravlenyj h Uk ∈ ∂ , mynymyzyru- gwug funkcyonal �. Yz uslovyq 3 sleduet, çto posledovatel\nost\ f hk( ) slabo sxodytsq (v çastnosty, ohranyçena) k f h( )* v prostranstve WT − −1 1, , a sledovatel\no, y v HT − −2 1, . Pust\ u hk( ) ∈ V0 0 1, — obobwennoe reßenye urav- nenyq Lu = f hk( ) (teorema 5). Sohlasno sledstvyg 3 ymeet mesto ocenka u hk V( ) , 0 0 1 ≤ c f hk WT ( ) ,− −1 1 . Takym obrazom, posledovatel\nost\ u hk( ) ohrany- çena v V0 0 1, . V sylu hyl\bertovosty prostranstva V0 0 1, suwestvuet takaq pod- posledovatel\nost\ hkm , çto u hkm ( ) slabo sxodytsq k u* v V0 0 1, . Sohlasno zameçanyg 3 ymeet mesto ravenstvo L1u hkm ( ) = f hkm ( ). Poskol\ku operator L1: V0 0 1, → HT − −2 1, slabo neprer¥vn¥j (analohyçno sledstvyg 1), to f h( )* = lim ( ) m kf h m→∞ = lim ( ) m ku h m→∞ L1 = L1u * , hde predel¥ ponymagtsq v sm¥sle slaboj topolohyy prostranstva HT − −2 1, . Poskol\ku operator L1 ynæektyvn¥j (lemmaP2), to u* — obobwennoe re- ßenye uravnenyq Lu = f h( )* . Teper\ yz uslovyq 1 sleduet, çto h* — optymal\noe upravlenye. Zameçanye 4. Pust\ C — lynejnoe normyrovannoe prostranstvo, C * — syl\no soprqΩennoe prostranstvo. Topolohyg τC v¥byragt nastol\ko sla- boj, çtob¥ mnoΩestvo U∂ okazalos\ sekvencyal\no kompaktn¥m, no otobraΩe- nyq Φ, f soxranqly trebuem¥e svojstva hladkosty. Naprymer, esly topolohyq τC sohlasuetsq s dvojstvennost\g C C, *( ), to funkcyonal ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 RAZREÍYMOST| Y TRAEKTORNO-FYNAL|NAQ UPRAVLQEMOST| … 375 Φ Ω ( , ) , ,, ( ) u h w u u hW t T L =    =0 0 1 2 C udovletvorqet uslovyqm teorem¥, hde w : R+ 3 → R — neprer¥vnaq vozrastag- waq na R+ 3 funkcyq (esly 0 ≤ xi ≤ yi , i ∈{ }1 2 3, , , to w x x x1 2 3, ,( ) ≤ ≤ w y y y1 2 3, ,( )). Naprymer, Φ Ω ( , ) , ( ) u h u u hW t T L = + +=3 2 0 0 1 2 2 3 C . Dejstvytel\no, v lynejnom normyrovannom prostranstve norma u qvlq- etsq sekvencyal\no slabo poluneprer¥vn¥m snyzu funkcyonalom, topolohyq τC syl\nee topolohyy σ C C, *( ), a vozrastagwaq neprer¥vnaq funkcyq ymeet svojstvo lim n nw x →∞ ( )� ≥ w x n nlim →∞ (   � . Upravlqgwye funkcyy f : C → WT − −1 1, , zadagwye ympul\sn¥e ∑ −δ ( )t ti × × ϕi x( ), toçeçn¥e ∑ −δ ( )x xi 1 1 ϕi t x( , , )2 … , podvyΩn¥e ∑ −( )δ x s ti1 ( ) × × ϕi t x( , , )2 … y tomu podobn¥e synhulqrn¥e vozdejstvyq, takΩe udovletvo- rqgt trebovanyqm slaboj neprer¥vnosty (analohyçn¥e fakt¥ ustanovlen¥ v [9, 10]). Esly τC = σ C C, *( ), to za dopustym¥e mnoΩestva U∂ ⊂ C moΩno brat\ proyzvol\n¥e v¥pukl¥e zamknut¥e (po norme) ohranyçenn¥e mnoΩestva. Zameçanye 5. V sylu nelynejnosty otobraΩenyj f, Φ funkcyonal ka- çestva � moΩet okazat\sq ne v¥pukl¥m, a optymal\noe upravlenye ne edynst- venn¥m. Nalyçye apryorn¥x ocenok (teorem¥ 1, 2) daet vozmoΩnost\ yzuçat\ dyf- ferencyal\n¥e svojstva funkcyonala � (pry nalyçyy sootvetstvugwyx svojstv hladkosty u funkcyonala Φ : V0 0 1, × C → R y otobraΩenyq f : C → → WT − −1 1, ) y stroyt\ çyslenn¥e metod¥ optymyzacyy hradyentnoho typa [10]. Opredelenye 2. Systema (1) naz¥vaetsq asymptotyçesky upravlqemoj v banaxovom prostranstve V0 0 1, mnoΩestvom upravlqgwyx vozdejstvyj U∂, esly dlq lgboho πlementa u V* ,∈ 0 0 1 suwestvuet posledovatel\nost\ uprav- lenyj h Ui ∈ ∂ takaq, çto u h ui V ( ) * ,− 0 0 1 → 0 pry i → ∞ , h d e u hi( ) — obobwennoe reßenye uravnenyq Lu f hi= ( ) . Teorema 7. Esly mnoΩestvo f U( )∂ plotno v prostranstve WT − −1 1, , t o systema (1) asymptotyçesky upravlqemaq v V0 0 1, mnoΩestvom upravlqgwyx vozdejstvyj U∂. Dokazatel\stvo. Pust\ u* — proyzvol\n¥j πlement prostranstva V0 0 1, . Poskol\ku H0 1 1, plotno v V0 0 1, , suwestvuet posledovatel\nost\ u Hi ∈ 0 1 1, , sxodqwaqsq k u* v prostranstve V0 0 1, , a tak kak mnoΩestvo f U( )∂ plotno v WT − −1 1, , pry fyksyrovannom i ∈ N suwestvuet takaq posledovatel\nost\ h Ui k, ∈ ∂ , çto L u f hi i k WT − − −( ), ,1 1 ≤ εk εk o=( )( )1 . V sylu sledstvyq 3 ymeem u u hi k V * ,( ) ,− 0 0 1 ≤ u ui V * ,− 0 0 1 + c u f hi i k WT L − − −( ), ,1 1 ≤ u ui V * ,− 0 0 1 + c kε → 0 pry k → ∞, i → ∞. ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3 376 D. A. NOMYROVSKYJ Zameçanye 6. Yz dokazannoj teorem¥ sleduet fynal\naq (pry t = T ) asymptotyçeskaq upravlqemost\ psevdohyperbolyçeskoj system¥. Zameçanye 7. Yzvestno, çto mnoΩestvo funkcyj i s i i i it t x t T L = ∑ − ∈[ ] ∈        1 20δ ϕ ϕ( ) ( ), , , ( )Ω plotno v prostranstve WT − −1 1, . Analohyçno plotn¥my qvlqgtsq y mnoΩestva, zadagwye toçeçn¥e, podvyΩn¥e y tomu podobn¥e synhulqrn¥e obobwenn¥e vozdejstvyq. Analohyçno dokazatel\stvu neravenstva (13) moΩno osuwestvyt\ „sdvyh” apryorn¥x ocenok na operator d dt k k y poluçyt\ „ßkalu” dvustoronnyx nera- venstv. Naprymer, prymenqq vspomohatel\n¥j operator (12), dlq vsex u H∈ 0 0 1, ustanavlyvaem neravenstva c u u c uV W H T − − − − −≤ ≤1 20 1 1 2 1 0 0 1, , ,L , a takΩe dvojstvenn¥e ocenky. Apryorn¥e neravenstva dagt vozmoΩnost\ poluçyt\ analohyçn¥e rezul\ta- t¥ razreßymosty, optymal\noho upravlenyq y upravlqemosty dlq druhyx par prostranstv prav¥x çastej y funkcyj sostoqnyq. 1. Vojt S. S. Rasprostranenye naçal\n¥x uplotnenyj v vqzkom haze // Uç. zap. Mosk. un-ta. Mexanyka. – 1954. – # 5. – S. 125 – 142. 2. Suvejka Y. Y. Smeßann¥e zadaçy dlq uravnenyq rasprostranenyq vozmuwenyj v vqzkyx sredax // Dyfferenc. uravnenyq. – 1983. – 19, # 2. – S. 337 – 347. 3. Huz\ A. N. Dynamyka sΩymaemoj vqzkoj Ωydkosty. – Kyev: A. S. K., 1998. – 350 s. 4. Bulavackyj V. M., Gryk Y. Y. Matematyçeskoe modelyrovanye processa teploperenosa v relaksyrugwej srede // Dopov. NAN Ukra]ny. – 1996. – # 7. – S. 42 – 45. 5. Ponomarev S. M. K voprosu o povedenyy vqzkoj sΩymaemoj Ωydkosty pod dejstvyem za- dannoho hranyçnoho reΩyma // Dyfferenc. uravnenyq. – 1986. – 22, # 4. – S. 719 – 722. 6. KoΩanov A. Y. Zadaça s kosoj proyzvodnoj dlq nekotor¥x psevdoparabolyçeskyx y blyz- kyx k nym uravnenyj // Syb mat. Ωurn. – 1996. – 37, # 6. – S. 1335 – 1346. 7. Malovyçko V. A. O kraev¥x zadaçax dlq v¥roΩdagwyxsq psevdoparabolyçeskyx y psevdo- hyperbolyçeskyx system // Dyfferenc. uravnenyq. – 1991. – 27, # 12. – S. 2120 – 2124. 8. Lqßko Y. Y., Lqßko S. Y., Klgßyn D. A., Spyvak A. G. Çyslennoe reßenye psedohyperbo- lyçeskyx uravnenyj // Dopov. NAN Ukra]ny. – 1998. – # 5. – S. 29 – 34. 9. Nomirovs\kyj D. A. Çysel\ni metody optymizaci] ta modelgvannq v psevdohiperboliçnyx systemax: Dys. ... kand. fiz.-mat. nauk. – Ky]v, 1999. – 157 s. 10. Lyashko S. I. Generalized optimal control of linear systems with distribution parameters. – Dordrecht etc.: Kluwer Acad. Publ., 2002. – 453 p. 11. Nomyrovskyj D. A. Upravlenye v psevdoparabolyçeskyx systemax // V¥çyslyt. y prykl. ma- tematyka. – 1996. – V¥p. 80. – S. 68 – 77. 12. Lqßko Y. Y., Lqßko S. Y., Nomyrovskyj D. A. Upravlqemost\ hyperbolyçeskyx y psevdohy- perbolyçeskyx system v klasse synhulqrn¥x vozdejstvyj // Dopov. NAN Ukra]ny. – 2000. – # 11. – S. 131 – 134. 13. Lqßko S. Y., Semenov V. V. Ob upravlqemosty lynejn¥x raspredelenn¥x system v klassax obobwenn¥x vozdejstvyj // Kybernetyka y system. analyz. – 2001. – # 1. – S. 18 – 41. 14. Dejneka V. S., Serhyenko Y. V. Optymal\noe upravlenye neodnorodn¥my raspredelenn¥my systemamy. – Kyev: Nauk. dumka, 2003. – 505 s. 15. Lqßko S. Y., Nomyrovskyj D. A. Obobwennoe reßenye y optymal\noe upravlenye v syste- max, opys¥vagwyx dynamyku vqzkoj stratyfycyrovannoj Ωydkosty // Dyfferenc. uravne- nyq. – 2003. – 39, # 1. – S. 84 – 91. 16. Krejn S. H., Petunyn G. Y., Semenov E. M. Ynterpolqcyq lynejn¥x operatorov. – M.: Na- uka, 1978. – 400 s. Poluçeno 16.02.2004 ISSN 0041-6053. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 3
id umjimathkievua-article-3604
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language rus
English
last_indexed 2026-03-24T02:45:36Z
publishDate 2005
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/91/85f3161427c7baae8090a78a55245691.pdf
spelling umjimathkievua-article-36042020-03-18T19:59:42Z Solvability and Trajectory-Final Controllability of Pseudohyperbolic Systems Разрешимость и траекторно-финальная управляемость псевдогиперболических систем Nomirovs'kii, D. A. Номировский, Д. А. Номировский, Д. А. We consider the problem of solvability and optimization for a pseudohyperbolic operator of the general form. We prove theorems on existence and uniqueness for various right-hand sides of the equation. The results obtained are applied to the problem of trajectory-final controllability. Розглядаються проблеми розв'язності та оптимізації для псевдогіперболічного оператора загального вигляду. Для різних класів правих частин рівняння доведено теореми існування та єдиності. Одержані результати застосовано до задачі траєкторно-фінальної керованості. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2005-03-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3604 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 57 No. 3 (2005); 366–376 Український математичний журнал; Том 57 № 3 (2005); 366–376 1027-3190 rus en https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3604/3939 https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3604/3940 Copyright (c) 2005 Nomirovs'kii D. A.
spellingShingle Nomirovs'kii, D. A.
Номировский, Д. А.
Номировский, Д. А.
Solvability and Trajectory-Final Controllability of Pseudohyperbolic Systems
title Solvability and Trajectory-Final Controllability of Pseudohyperbolic Systems
title_alt Разрешимость и траекторно-финальная управляемость псевдогиперболических систем
title_full Solvability and Trajectory-Final Controllability of Pseudohyperbolic Systems
title_fullStr Solvability and Trajectory-Final Controllability of Pseudohyperbolic Systems
title_full_unstemmed Solvability and Trajectory-Final Controllability of Pseudohyperbolic Systems
title_short Solvability and Trajectory-Final Controllability of Pseudohyperbolic Systems
title_sort solvability and trajectory-final controllability of pseudohyperbolic systems
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3604
work_keys_str_mv AT nomirovs039kiida solvabilityandtrajectoryfinalcontrollabilityofpseudohyperbolicsystems
AT nomirovskijda solvabilityandtrajectoryfinalcontrollabilityofpseudohyperbolicsystems
AT nomirovskijda solvabilityandtrajectoryfinalcontrollabilityofpseudohyperbolicsystems
AT nomirovs039kiida razrešimostʹitraektornofinalʹnaâupravlâemostʹpsevdogiperboličeskihsistem
AT nomirovskijda razrešimostʹitraektornofinalʹnaâupravlâemostʹpsevdogiperboličeskihsistem
AT nomirovskijda razrešimostʹitraektornofinalʹnaâupravlâemostʹpsevdogiperboličeskihsistem