Qualitative investigation of a singular Cauchy problem for a functional differential equation

We consider the singular Cauchy problem $$txprime(t) = f(t,x(t),x(g(t)),xprime(t),xprime(h(t))), x(0) = 0,$$ where $x: (0, τ) → ℝ, g: (0, τ) → (0, + ∞), h: (0, τ) → (0, + ∞), g(t) ≤ t$, and $h(t) ≤ t, t ∈ (0, τ)$, for linear, perturbed linear, and nonlinear equations. In each case, we prove that the...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2005
Hauptverfasser: Zernov, A. E., Chaichuk, O. R., Зернов, А. Е., Чайчук, О. Р.
Format: Artikel
Sprache:Russisch
Englisch
Veröffentlicht: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2005
Online Zugang:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3690
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Завантажити файл: Pdf

Institution

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860509821379280896
author Zernov, A. E.
Chaichuk, O. R.
Зернов, А. Е.
Чайчук, О. Р.
Зернов, А. Е.
Чайчук, О. Р.
author_facet Zernov, A. E.
Chaichuk, O. R.
Зернов, А. Е.
Чайчук, О. Р.
Зернов, А. Е.
Чайчук, О. Р.
author_sort Zernov, A. E.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2020-03-18T20:02:18Z
description We consider the singular Cauchy problem $$txprime(t) = f(t,x(t),x(g(t)),xprime(t),xprime(h(t))), x(0) = 0,$$ where $x: (0, τ) → ℝ, g: (0, τ) → (0, + ∞), h: (0, τ) → (0, + ∞), g(t) ≤ t$, and $h(t) ≤ t, t ∈ (0, τ)$, for linear, perturbed linear, and nonlinear equations. In each case, we prove that there exists a nonempty set of continuously differentiable solutions $x: (0, ρ] → ℝ$ ($ρ$ is sufficiently small) with required asymptotic properties.
first_indexed 2026-03-24T02:47:11Z
format Article
fulltext UDK 517.911 A. E. Zernov, O. R. Çajçuk (GΩnoukr. ped. un-t, Odessa) KAÇESTVENNOE YSSLEDOVANYE SYNHULQRNOJ ZADAÇY KOÍY DLQ NEKOTOROHO FUNKCYONAL|NO-DYFFERENCYAL|NOHO URAVNENYQ We consider the Cauchy singular problem t x t′( ) = f t x t x g t x t x h t( ), ( ), ( ( )), ( ), ( ( ))′ ′ , x( )0 0= , where x : ( 0, τ ) → R, g : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) , h : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) , g t t( ) ≤ , h t t( ) ≤ , t ∈ ( 0, τ ) , for a linear, a perturbed linear, and a nonlinear equations. In each case, we prove that there exists a nonempty set of continuously differentiable solutions x : ( 0, ρ ] → R ( ρ is sufficiently small) with required asymptotic properties. Rozhlqda[t\sq synhulqrna zadaça Koßi t x t′( ) = f t x t x g t x t x h t( ), ( ), ( ( )), ( ), ( ( ))′ ′ , x( )0 0= , de x : ( 0, τ ) → R, g : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) , h : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) , g t t( ) ≤ , h t t( ) ≤ , t ∈ ( 0, τ ) , dlq linijnoho, zburenoho linijnoho i nelinijnoho rivnqn\. U koΩnomu vypadku dovedeno, wo isnu[ neporoΩnq mnoΩyna neperervno dyferencijovnyx rozv’qzkiv x : ( 0, ρ ] → R ( ρ dostatn\o male ) z potribnymy asymptotyçnymy vlastyvostqmy. Rehulqrn¥e naçal\n¥e zadaçy dlq funkcyonal\no-dyfferencyal\n¥x uravne- nyj yzuçen¥ dostatoçno podrobno [1 – 6]. Stol\ Ωe podrobno yssledovan¥ syn- hulqrn¥e naçal\n¥e zadaçy dlq ob¥knovenn¥x dyfferencyal\n¥x uravnenyj, preΩde vseho, razreßenn¥x otnosytel\no starßyx proyzvodn¥x neyzvestn¥x [7 – 9]. Vmeste s tem synhulqrn¥e kraev¥e zadaçy dlq funkcyonal\no-dyffe- rencyal\n¥x uravnenyj yzuçen¥ sravnytel\no malo; otmetym rabot¥ [2, 3, 10 – 16], v kotor¥x rassmotren¥ vopros¥ suwestvovanyq y çysla reßenyj v razlyç- n¥x funkcyonal\n¥x prostranstvax. No asymptotyçeskoe povedenye reßenyj takyx zadaç v okrestnosty osoboj toçky praktyçesky ne yssledovalos\ daΩe v prost¥x sluçaqx [2, 3, 17]. V predlahaemoj rabote rassmatryvaetsq synhulqr- naq zadaça Koßy vyda t x t′( ) = F t x t x g t x t x h t( ), ( ), ( ( )), ( ), ( ( ))′ ′ , (1) x ( 0 ) = 0, (2) hde t ∈ ( 0, τ ) — dejstvytel\naq peremennaq, x : ( 0, τ ) → R — neyzvestnaq funkcyq, F : D → R — neprer¥vnaq funkcyq, D ⊂ ( 0, τ ) × R × R × R × R, g : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) , h : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vn¥e funkcyy, g ( t ) ≤ t, h ( t ) ≤ t, t ∈ ( 0, τ ) . Pod reßenyem zadaçy (1), (2) ponymaetsq neprer¥vno dyf- ferencyruemaq funkcyq x : ( 0, ρ ] → R ( ρ — postoqnnaq, ρ ∈ ( 0, τ ) ) so svoj- stvamy: 1) ( ), ( ), ( ( )), ( ), ( ( ))t x t x g t x t x h t′ ′ ∈ D pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] ; 2) x toΩdestvenno udovletvorqet uravnenyg (1) pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] ; 3) lim ( ) t x t → +0 = 0. Yssledugtsq posledovatel\no çastn¥e sluçay: lynejnoe, vozmuwennoe ly- nejnoe y nelynejnoe uravnenyq vyda (1). Predlahaetsq edynaq sxema yssledo- vanyq vsex πtyx uravnenyj. Dokaz¥vaetsq suwestvovanye nepustoho mnoΩestva neprer¥vno dyfferencyruem¥x reßenyj s trebuem¥my asymptotyçeskymy svojstvamy v (maloj) pravoj poluokrestnosty osoboj toçky t = 0. Pry πtom yspol\zugtsq metod¥ kaçestvennoj teoryy dyfferencyal\n¥x uravnenyj [7, 18], a takΩe [17, 19, 20]. © A. E. ZERNOV, O. R. ÇAJÇUK, 2005 1344 ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 KAÇESTVENNOE YSSLEDOVANYE SYNHULQRNOJ ZADAÇY KOÍY … 1345 1. Lynejnoe uravnenye. Rassmotrym zadaçu Koßy t x t′( ) = a t b t x t b t x g t b t tx h t( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )) ( ) ( ( ))+ + + ′1 2 3 , (3) x ( 0 ) = 0, v predpoloΩenyy, çto v¥polnen¥ uslovyq A : 1) a : ( 0, τ ) → R, bi : ( 0, τ ) → R, i ∈ { 1, 2, 3 } , — neprer¥vn¥e funkcyy, b ti( ) = b oi0 1+ ( ), t → + 0, bi0 — postoqnn¥e, i ∈ { 1, 2, 3 } , b30 < 1; 2) g : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vno dyfferencyruemaq funkcyq, lim ( )( ( )) t t g t g t → + −′ 0 1 = g0 , 0 ≤ g0 < + ∞ ; 3) dlq lgb¥x toçek tj ∈ ( 0, τ ) , j ∈ { 1, 2 }, h t h t( ) ( )1 2− ≤ t t1 2− ; (4) 4) dlq lgb¥x toçek t1, t2, udovletvorqgwyx uslovyg 0 < t* ≤ tj < τ, j ∈ ∈ { 1, 2 } , v¥polnen¥ neravenstva a t a t( ) ( )1 2− ≤ l t t t0 1 2( )∗ − , b t b ti i( ) ( )1 2− ≤ l t t t0 1 2( )∗ − , i ∈ { 1, 2, 3 } , hde l0 : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vnaq nevozrastagwaq funkcyq; 5) pust\ suwestvuet neprer¥vno dyfferencyruemaq funkcyq ξ : ( 0, τ ) → → R , udovletvorqgwaq uslovyqm t t a t b t t b t g t b t t h t′ − − − − ′ξ ξ ξ ξ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )) ( ) ( ( ))1 2 3 = O t tN( )( )β , t → + 0, (5) ξ ( t ) = o ( 1 ) , t → + 0, ξ′ ( t ) = c1 + o ( 1 ) , t → + 0, (6) hde N — natural\noe, c1 — postoqnnaq, β : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vno dyfferencyruemaq neub¥vagwaq funkcyq, lim ( ) t t → +0 β = 0. Sformulyruem πffektyvn¥e dostatoçn¥e uslovyq suwestvovanyq funk- cyy ξ : ( 0, τ ) → R ukazannoho vyda: 1) a ( t ) = a t a tk k k N = ∗∑ + 1 ( ), bi ( t ) = b t b tik k k N i= ∗∑ + 0 ( ), i ∈ { 1, 2, 3 } , g ( t ) = = g t g tk k k N = ∗∑ + 1 ( ) , h ( t ) = h t h tk k k N = ∗∑ + 1 ( ), hde ak, bik , gk , hk — postoqnn¥e, a t∗( ) = O t tN( ( ))β , b ti ∗( ) = o tN( ), g t∗( ) = o tN( ), h t∗( ) = o tN( ), t → + 0; 2) b b g kb hk k 10 20 1 30 1 1+ + − ≠ k, k ∈ { 1, … , N } ; 3) t = O t( ( ))β , t → + 0. Dejstvytel\no, pry v¥polnenyy ukazann¥x uslovyj poloΩym ξ ( t ) = k N k kc t = ∑ 1 , (7) hde c cN1, ,… — postoqnn¥e koπffycyent¥. Budem yskat\ yx tak, çtob¥ v¥- polnqlos\ uslovye (5). Esly podstavyt\ funkcyg (7) v levug çast\ ravenstva (5) y potrebovat\, çtob¥ v poluçennoj summe vse koπffycyent¥ pry t k, k ∈ ∈ { 1, … , N } , b¥ly ravn¥ nulg, to budem ymet\ systemu ravenstv c1 = a b c b g c b c1 10 1 20 1 1 30 1+ + + , (8) k ck = a b c b g c kb h c c ck k k k k k k k+ + + + …− −10 20 1 30 1 1 1 1ϕ ( , , ), k ∈ { 2, … , N } , hde ϕk , k ∈ { 2, … , N } , — yzvestn¥e mnohoçlen¥. Otsgda posledovatel\no (y ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 1346 A. E. ZERNOV, O. R. ÇAJÇUK edynstvenn¥m obrazom) opredelqgtsq vse koπffycyent¥ ck , k ∈ { 1, … , N } . Oçevydno, dlq najdennoj funkcyy (7) v¥polnen¥ y uslovyq (5), (6). Oboznaçym çerez U1 ( ρ, M, q ) mnoΩestvo vsex neprer¥vno dyfferencyrue- m¥x funkcyj u : ( 0, ρ ] → R , kaΩdaq yz kotor¥x udovletvorqet uslovyqm u t t( ) ( )− ξ ≤ Mt tN β( ), ′ − ′u t t( ) ( )ξ ≤ qMt tN −1β( ), (9) t ∈ ( 0, ρ ] ; zdes\ ρ, M, q — poloΩytel\n¥e postoqnn¥e, ρ < τ . Nazovem uslovyqmy�B sovokupnost\ sledugwyx uslovyj: 1) lim ( )( ( )) t t t t → + −′ 0 1β β = β0, 0 ≤ β0 < + ∞ ; 2) b10 ≠ N + β0 ; 3) b b b20 10 30+ < b N b10 0 301− − −( )β . Teorema(1. Pust\ v¥polnen¥ uslovyq A, B. Tohda suwestvugt ρ, M , q takye, çto: 1) esly b10 > N + β0 , to zadaça (3) ymeet beskoneçnoe mnoΩestvo reße- nyj x : ( 0, ρ ] → R, kaΩdoe yz kotor¥x prynadleΩyt mnoΩestvu U1 ( ρ, M, q ) . Pry lgbom v¥bore postoqnnoj α , udovletvorqgwej neravenstvu α ξ ρ− ( ) < < M Nρ β ρ( ), najdetsq reßenye xα ∈ U1 ( ρ, M, q ) takoe, çto xα ( ρ ) = α ; 2) esly b10 < N + β0 , to zadaça (3) ymeet nepustoe mnoΩestvo reßenyj x : ( 0, ρ ] → R, kaΩdoe yz kotor¥x prynadleΩyt mnoΩestvu U1 ( ρ, M, q ) . Dokazatel\stvo. V¥berem postoqnn¥e M , q tak, çtob¥ v¥polnqlys\ us- lovyq b b N10 10 0+ − − β < q < b N b b10 0 20 30 1− − −( ) −β , esly b30 ≠ 0, b b N10 10 0+ − − β < q, esly b30 = 0, M > K b N b b q10 0 20 30 1− − − −( )−β . Zdes\ postoqnnaq K v¥brana tak, çtob¥ t t a t b t t b t g t b t t h t t tN′ − − − − ′ −ξ ξ ξ ξ β( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )) ( ) ( ( )) ( )( )1 2 3 1 ≤ K, t ∈ ( 0, τ ) . Neravenstva, opredelqgwye v¥bor ρ, zdes\ ne pryveden¥ vvydu ohranyçenno- sty obæema stat\y; otmetym lyß\, çto ρ dostatoçno malo. Pust\ B — prostranstvo neprer¥vno dyfferencyruem¥x funkcyj x : [ 0, ρ ] → R s normoj x B = max ( ) ( ) [ , ]t x t x t ∈ + ′( ) 0 ρ . (10) Oboznaçym çerez U podmnoΩestvo B, kaΩd¥j πlement u : [ 0, ρ ] → R ko- toroho udovletvorqet uslovyqm (9), pryçem u ( 0 ) = 0, u ′ ( 0 ) = c1 y, krome to- ho, ∀ ∈ ∀ > ∀ ∈u U tiε ρ0 0[ , ], i ∈ { 1, 2 } : t t1 2− ≤ δ ( ε ) ⇒ ′ − ′u t u t( ) ( )1 2 ≤ ε , (11) hde δ ( ε ) = 1 830 1−( ) −b B tε ε( ( )) . Zdes\ B t( )ε = 2 0 1 2l t t t( )ε ε ε − −+ , pryçem posto- ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 KAÇESTVENNOE YSSLEDOVANYE SYNHULQRNOJ ZADAÇY KOÍY … 1347 qnnaq tε ∈ ( 0, ρ ) v¥brana tak, çtob¥ pry t ∈ ( 0, tε ] odnovremenno v¥polnqlys\ neravenstva t tN −1β( ) ≤ ( ) /qM b− −( )1 301 16ε , ′ −ξ ( )t c1 ≤ 1 1630−( )b ε / . MnoΩestvo U zamknuto, v¥puklo, ohranyçeno y (v sootvetstvyy s kryteryem Arcela) kompaktno. Rassmotrym dyfferencyal\noe uravnenye ′x t( ) = t a t b t x t b t u g t b t tu h t− + + + ′( )1 1 2 3( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )) ( ) ( ( )) , (12) hde u ∈ U — proyzvol\naq fyksyrovannaq funkcyq. Pust\ D 0 = ( , ) :t x{ t x∈ ∈ }( , ],0 ρ R . Esly ( t, x ) ∈ D0 , to dlq uravnenyq (12) v¥polnen¥ uslovyq teorem¥ suwestvovanyq y edynstvennosty reßenyq y neprer¥vnoj zavysymosty reßenyj ot naçal\n¥x dann¥x. Dalee provodym rassuΩdenyq po sxeme, predlo- Ωennoj v [17, 20] odnym yz avtorov; dlq udobstva ss¥lok zdes\ soxranqetsq termynolohyq y oboznaçenyq, vvedenn¥e v [17, 20]. Oboznaçym Φ1 = ( , ) : ( , ], ( ) ( )t x t x t Mt tN∈ − ={ }0 ρ ξ β , D1 = ( , ) : ( , ], ( ) ( )t x t x t Mt tN∈ − <{ }0 ρ ξ β , H = ( , ) : , ( ) ( )t x t x M N= − <{ }ρ ξ ρ ρ β ρ . Pust\ vspomohatel\naq funkcyq A1 : D0 → [ 0, + ∞ ) opredelqetsq ravenst- vom A1 ( t, x ) = ( ( )) ( )( )–x t t tN− ξ β2 2. Netrudno ubedyt\sq v tom, çto pry ( t, x ) ∈ Φ1 proyzvodnaq πtoj funkcyy v sylu uravnenyq (12) ymeet tot Ωe znak, çto y raznost\ b10 – ( N + β0 ) . Poπtomu esly b10 > N + β0 , to kaΩdaq yz yntehral\n¥x kryv¥x uravnenyq (12), peresekßyx H, opredelena pry t ∈ ( 0, ρ ] y leΩyt v D1 pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] . V¥berem y zafyksyruem lgbug toçku G ( ρ, α ) ∈ H y oboznaçym çerez Ju : ( t, xu ( t )) yntehral\nug kryvug uravnenyq (12), proxodqwug çerez toçku G . Lehko vydet\, çto esly poloΩyt\ po opredelenyg xu( )0 0= , ′ =x cu( )0 1, to x Uu ∈ . Opredelym operator T : U → U ravenstvom Tu xu= . Esly Ωe b10 < < N + β0 , to sredy yntehral\n¥x kryv¥x uravnenyq (12), peresekßyx H, najdetsq xotq b¥ odna, kotoraq opredelena pry t ∈ ( 0, ρ ] y leΩyt v D1 pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] ; oboznaçym πtu yntehral\nug kryvug çerez Ju : ( t, xu ( t )) . Zatem dokaz¥vaetsq, çto uravnenye (12) ymeet edynstvennug yntehral\nug kryvug takoho vyda. Yn¥my slovamy, dokaz¥vaetsq, çto esly vzqt\ lgbug toçku ( , )t x0 0 ∈ D1 0 0\ {( , )} s uslovyem x x tu0 0≠ ( ), to ta yntehral\naq kryvaq urav- nenyq (12), kotoraq proxodyt çerez toçku ( , )t x0 0 , nepremenno v¥jdet yz mno- Ωestva D1 0 0\ {( , )} pry umen\ßenyy t ( )t t< 0 . S πtoj cel\g rassmatryvagtsq odnoparametryçeskye semejstva mnoΩestv Φ2 ( ν ) = ( , ) : ( , ], ( ) ( )( ln )t x t x x t t t tu N∈ − = −{ }0 ρ ν β , D2 ( ν ) = ( , ) : ( , ], ( ) ( )( ln )t x t x x t t t tu N∈ − < −{ }0 ρ ν β , hde ν — parametr, ν ∈ ( 0, 1 ] , vspomohatel\naq funkcyq A2 : D0 → [ 0, + ∞ ) , kotoraq opredelena ravenstvom ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 1348 A. E. ZERNOV, O. R. ÇAJÇUK A2 ( t, x ) = ( ( )) ( )( ln )( )–x x t t t tu N− −2 2β , y dokaz¥vaetsq, çto proyzvodnaq πtoj funkcyy v sylu uravnenyq (12) otryca- tel\na pry ( t, x ) ∈ Φ2 ( ν ) dlq lgboho ν ∈ ( 0, 1 ] . Pry πtom esly ( t, x ) — lgbaq toçka mnoΩestva D1 0 0\ {( , )}, to dlq lgboho fyksyrovannoho ν ∈ ( 0, 1 ] x x tu− ( ) ≤ x t x t tu− + −ξ ξ( ) ( ) ( ) ≤ 2Mt tN β( ) < ν βt t tN ( )( ln )− , esly tol\ko t ∈ ( 0, t ( ν ) ] , hde postoqnnaq t ( ν ) dostatoçno mala, t ( ν ) ∈ ( 0, ρ ). Esly poloΩyt\ po opredelenyg xu( )0 0= , ′ =x cu( )0 1, to lehko vydet\, çto x Uu ∈ . Opredelym operator T : U → U ravenstvom Tu = xu . DokaΩem, çto operator T : U → U neprer¥ven. Pust\ u Ui ∈ , i ∈ { 1, 2 }, — proyzvol\n¥e fyksyrovann¥e funkcyy, u u B1 2− = d , d > 0. Oboznaçym Tu xi i= , i ∈ { 1, 2 }. Budem yssledovat\ povedenye yntehral\n¥x kryv¥x dyf- ferencyal\noho uravnenyq x ′ ( t ) = t a t b t x t b t u g t b t tu h t− + + + ′( )1 1 2 1 3 1( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )) ( ) ( ( )) . (13) Oboznaçym Φ3 = ( , ) : ( , ], ( ) ( ( ))t x t x x t d t tN∈ − ={ }−0 2 1ρ γ βν ν , D3 = ( , ) : ( , ], ( ) ( ( ))t x t x x t d t tN∈ − <{ }−0 2 1ρ γ βν ν , hde γ, ν — postoqnn¥e, udovletvorqgwye uslovyqm 0 < ν < min , ( ) 1 3 10 0 0 b N N − − +       β β , γ > 3 2 11 20 10 0 ( )M b b N − +( ) − − ν β . Pust\ vspomohatel\naq funkcyq A3 : D0 → [ 0, + ∞ ) opredelqetsq ravenst- vom A3 ( t, x ) = ( ( )) ( )( )– ( )x x t t tN− − 2 2 2 1β ν . Netrudno ubedyt\sq v tom, çto pry ( t, x ) ∈ Φ3 proyzvodnaq πtoj funkcyy v sy- lu uravnenyq (13) ymeet tot Ωe znak, çto y raznost\ b10 – ( N + β0 ) . Esly b10 > > N + β0 , to m¥ yspol\zuem ravenstva x1 ( ρ ) = x2 ( ρ ) = α, v sootvetstvyy s ko- tor¥my yntehral\naq kryvaq J1 : ( t, x1 ( t )) uravnenyq (13) leΩyt v D3 pry t = = ρ. Na osnovanyy yzloΩennoho v¥ße pry umen\ßenyy t ot t = ρ do t = 0 πta yntehral\naq kryvaq ne moΩet ymet\ obwyx toçek s Φ3 . Poπtomu ona le- Ωyt v D3 pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] . Esly Ωe b10 < N + β0 , to, poskol\ku x t x t1 2( ) ( )− ≤ x t t x t t1 2( ) ( ) ( ) ( )− + −ξ ξ ≤ 2Mt tN β( ) < γ βν νd t tN( ( ))1− pry t ∈ ( 0, t ( d ) ] , hde postoqnnaq t ( d) dostatoçno mala, t ( d) ∈ ( 0, ρ ), ynteh- ral\naq kryvaq J1 : ( t, x1 ( t )) uravnenyq (13) leΩyt v D3 pry t ∈ ( 0, t ( d ) ] . Es- ly t vozrastaet ot t = t ( d ) do t = ρ , to na osnovanyy yzloΩennoho v¥ße πta yntehral\naq kryvaq ne moΩet ymet\ obwyx toçek s Φ3 . Poπtomu ona leΩyt v D3 pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] . Ytak, v oboyx sluçaqx x t x t1 2( ) ( )− ≤ γ βν νd t tN( ( ))1− , t ∈ ( 0, ρ ] , otkuda sleduet, çto x t x t x t x t1 2 1 2( ) ( ) ( ) ( )− + ′ − ′ ≤ t d−1 ν, t ∈ ( 0, ρ ] . (14) Perejdem neposredstvenno k dokazatel\stvu neprer¥vnosty operatora T : U → ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 KAÇESTVENNOE YSSLEDOVANYE SYNHULQRNOJ ZADAÇY KOÍY … 1349 → U. Pust\ ε > 0 zadano. Suwestvuet takoe tε ∈ ( 0, ρ ) , çto 2Mt tN β( ) + + 2 1qMt tN − β( ) ≤ ε / 2 pry t ∈ ( 0, tε ] . Esly t ∈ ( 0, tε ] , to x t x t x t x t1 2 1 2( ) ( ) ( ) ( )− + ′ − ′ ≤ ≤ x t t x t t x t t x t t1 2 1 2( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )− + − + ′ − ′ + ′ − ′ξ ξ ξ ξ ≤ ≤ 2 2 1Mt t qMt tN Nβ β( ) ( )+ − ≤ ε / 2 . Esly Ωe t ∈ [ tε, ρ ] , to yz (14) sleduet, çto x t x t x t x t1 2 1 2( ) ( ) ( ) ( )− + ′ − ′ ≤ ≤ t dε ν−1 . Esly d < δ ( ε ) , hde δ ( ε ) = ( )/ /ε ε νt 2 1 , to x t x t x t x t1 2 1 2( ) ( ) ( ) ( )− + ′ − ′ ≤ ≤ ε / 2 pry vsex t ∈ [ 0, ρ ] . Takym obrazom, esly u u B1 2− = d < δ ( ε ) , to max ( ) ( ) ( ) ( ) [ , ]t x t x t x t x t ∈ − + ′ − ′( ) 0 1 2 1 2ρ ≤ ε / 2 , yly x x B1 2− = Tu Tu B1 2− ≤ ε / 2 < ε . ∏ty rassuΩdenyq ne zavysqt ny ot v¥bora funkcyj ui ∈ U, i ∈ { 1, 2 } , ny ot v¥bora ε > 0. Neprer¥vnost\ operatora T: U → U dokazana. Dlq zaverßenyq dokazatel\stva teorem¥O1 ostaetsq prymenyt\ k operatoru T : U → U teoremu Íaudera o nepodvyΩnoj toçke. Prymer(1. Rassmotrym zadaçu Koßy t x t′( ) = 35 8 1 4 4 4 2 t x t x t t x t− +     − ′  ( ) , x ( 0 ) = 0, (15) hde x : ( 0, τ ) → R — neyzvestnaq funkcyq ( τ > 0 — lgboe fyksyrovan- noe ) . Zdes\ a ( t ) = a1 t = 35 8 t , b1 ( t ) = b10 = – 1, b2 ( t ) = b20 = 1 4 , b3 ( t ) = b30 = – 1 4 , g ( t ) = g1 t = 1 4 t , h ( t ) = h1 t = 1 2 t , β ( t ) = t ( y potomu β0 = 1 ) . Poskol\ku v dannom sluçae v¥polnen¥ ukazann¥e v¥ße dostatoçn¥e uslo- vyq suwestvovanyq funkcyy ξ : ( 0, τ ) → R vyda (7) (dlq lgboho fyksyrovan- noho natural\noho N ) , yz system¥ ravenstv (8) posledovatel\no naxodym c1 = = 2, c2 = c3 = … = cN = 0. Poπtomu ξ ( t ) = 2 t . Oçevydno, vse uslovyq A, B v¥polnen¥, pryçem b10 < N + β0 . Poπtomu sohlasno teoremeO1 zadaça (15) ymeet nepustoe mnoΩestvo reßenyj x : ( 0, ρ ] → R takyx, çto x t t( ) − 2 ≤ MtN +1, ′ −x t( ) 2 ≤ qMtN , t ∈ ( 0, ρ ] , (16) hde ρ ∈ ( 0, τ ) , ρ dostatoçno malo, M, q dostatoçno velyky. S druhoj storon¥, polahaq ω ( t ) = x t x t ( ) +     1 2 2 , poluçaem zadaçu Koßy t t′ω ( ) = 35 8 1 2 2 t t t− +    ω ω( ) , ω ( 0 ) = 0, yly t t t( ( ))ω ′ = 35 8 2 2 2t t t+    ω , ω ( 0 ) = 0. ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 1350 A. E. ZERNOV, O. R. ÇAJÇUK PoloΩyv t ω ( t ) = z ( t ) , poluçym zadaçu Koßy tz t′( ) = 35 8 2 2t z t+     , z ( 0 ) = 0. Esly yskat\ ee reßenye v vyde stepennoho rqda z ( t ) = e t e t e t1 2 2 3 3+ + +…, to posledovatel\no najdem e1 = 0, e2 = 5 2 , e3 = e4 = … = 0. Znaçyt, z ( t ) = = 5 2 2t . Poπtomu ω ( t ) = 5 2 t , y dlq x ( t ) ymeem funkcyonal\noe uravnenye x ( t ) + 1 2 2 x t    = 5 2 t s naçal\n¥m uslovyem x ( 0 ) = 0. Esly yskat\ reßenye πtoj zadaçy v vyde ste- pennoho rqda x ( t ) = γ γ γ1 2 2 3 3t t t+ + +… , to posledovatel\no poluçym γ1 = 2, γ2 = γ3 = … = 0. Takym obrazom, zadaça (15) ymeet reßenye x ( t ) = 2t. Oçevydno, dlq lgboho fyksyrovannoho natural\noho N πto reßenye udovlet- vorqet uslovyqm (16). Prymer(2. Rassmotrym zadaçu Koßy t x t′( ) = – 8 5 12 5 16 15 4 3 2 t x t x t t x t+ −     − ′  ( ) , x ( 0 ) = 0, (17) hde x : ( 0, τ ) → R — neyzvestnaq funkcyq ( τ > 0 — lgboe fyksyrovannoe) . Zdes\ a ( t ) = a1 t = – 8 5 t , b1 ( t ) = b10 = 12 5 , b2 ( t ) = b20 = – 16 15 , b3 ( t ) = b30 = – 1 3 , g ( t ) = g1 t = 1 4 t , h ( t ) = h1 t = 1 2 t , β ( t ) = t ( y potomu β0 = 1 ) . Xotq ukazann¥e v¥ße dostatoçn¥e uslovyq suwestvovanyq funkcyy ξ : ( 0, τ ) → R zdes\ ne v¥polnen¥ (ony ne v¥polnen¥ dlq k = 2 ), netrudno ube- dyt\sq v tom, çto funkcyq ξ ( t ) = 2 2t Ct+ ( C ∈ R — lgboe) udovletvorqet uslovyqm (5) y (6) dlq lgboho fyksyrovannoho natural\noho N ≥ 5. Oçevydno, uslovyq A, B v¥polnen¥, pryçem b10 < N + β0 . V sootvetstvyy s teoremojO1 dlq kaΩdoho fyksyrovannoho znaçenyq C ∈ R zadaça (17) ymeet nepustoe mno- Ωestvo reßenyj x : ( 0, ρ ] → R takyx, çto x t t Ct( ) − −2 2 ≤ MtN +1, ′ − −x t Ct( ) 2 2 ≤ qMtN , t ∈ ( 0, ρ ] , (18) hde ρ ∈ ( 0, τ ) dostatoçno malo, M, q dostatoçno velyky. S druhoj storon¥, polahaq ω ( t ) = x t x t ( ) +     2 3 2 , poluçaem zadaçu Koßy t t′ω ( ) = – 8 5 12 5 8 5 2 t t t+ −    ω ω( ) , ω ( 0 ) = 0. Esly yskat\ ee reßenye v vyde stepennoho rqda ω ( t ) = e t e t e t1 2 2 3 3+ + +… , to posledovatel\no najdem e1 = 8 3 , e2 ∈ R — proyzvol\noe, e3 = e4 = … = 0. ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 KAÇESTVENNOE YSSLEDOVANYE SYNHULQRNOJ ZADAÇY KOÍY … 1351 Takym obrazom, ω ( t ) = 8 3 2 2t e t+ , e2 ∈ R — lgboe. Dlq x ( t ) ymeem funkcyo- nal\noe uravnenye x t x t ( ) +     2 3 2 = 8 3 2 2t e t+ ( e2 ∈ R — lgboe ) s naçal\n¥m uslovyem x ( 0 ) = 0. Budem yskat\ reßenye πtoj zadaçy v vyde ste- pennoho rqda x ( t ) = γ γ γ1 2 2 3 3t t t+ + +… y posledovatel\no najdem γ1 = 2, γ2 = 6 7 2e , e3 = e4 = … = 0. Znaçyt, zadaça (17) ymeet mnoΩestvo reßenyj vyda x ( t ) = 2 2t Ct+ , hde C = = 6 7 2e , tak kak e2 ∈ R proyzvol\no, to y C ∈ R proyzvol\no. Oçevydno, pry lgb¥x fyksyrovann¥x C ∈ R y N ( N natural\noe, N ≥ 5 ) πto reßenye udovletvorqet uslovyqm (18). 2. Vozmuwennoe lynejnoe uravnenye. Rassmotrym zadaçu Koßy t x t′( ) = at b x t b x g t t x t x g t x t x h t+ + + ′ ′1 2( ) ( ( )) ( , ( ), ( ( )), ( ), ( ( )))ϕ , (19) x ( 0 ) = 0, v predpoloΩenyy, çto v¥polnen¥ sledugwye uslovyq C : 1) a, b1, b2 — postoqnn¥e, g : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vno dyfferen- cyruemaq funkcyq, g t g t g t( ) ( )= + ∗1 , t ∈ ( 0, τ ) , g1 — postoqnnaq, b b g1 2 1+ ≠ ≠ O1, lim ( ) t g t → + ∗ = 0 0 , lim ( )( ( )) t tg t g t g → + −′ = 0 1 0 , 0 ≤ g0 < + ∞ ; 2) dlq lgb¥x toçek ti ∈ ( 0, τ ) , i ∈ { 1, 2 } , v¥polneno uslovye (4); 3) ϕ: D → R — neprer¥vnaq funkcyq, D = ( , , , , ) : ( , ),t y y y y t1 2 3 4 0∈{ τ y r t1 1< , y r g t y r y r2 2 3 3 4 4< < < }( ), , ; 4) ϕ ϕ( , , , , ) ( , , , , )t y y y y s y y y y1 2 3 4 1 2 3 4− ≤ l t t s0( )∗ − dlq lgb¥x toçek ( t, y1, y2, y3, y4 ) ∈ D, ( s, y1, y2, y3, y4 ) ∈ D, udovletvorqgwyx uslovyg 0 < t* ≤ t , 0 < t* ≤ s , hde l0 : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vnaq nevozrastagwaq funkcyq; 5) ϕ ϕ( , , , , ) ( , , , , )t y y y y t z z z z1 2 3 4 1 2 3 4− ≤ l t y z l t y z1 1 1 2 2 2( ) ( )− + − + + l t y z l t y z3 3 3 4 4 4− + − dlq lgb¥x toçek ( t, y1, y2, y3, y4 ) ∈ D, ( t, z1, z2, z3, z4 ) ∈ D, hde li : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vn¥e funkcyy, lim ( ) t il t → +0 = 0, i ∈ { 1, 2 } , l3, l4 — postoqnn¥e, l3 + l4 < 1; 6) ϕ ( , , ( ), , )t ct cg t c c ≤ t α ( t ) , t ∈ ( 0, τ ) , hde c — postoqnnaq, udovletvorq- gwaq uslovyqm a b c b g c c+ + =1 2 1 1, c r r r r< min{ , , , }1 2 3 4 , α : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vnaq funkcyq, lim ( ) t t → + = 0 0α . Oboznaçym çerez U2 ( ρ, M, q ) mnoΩestvo vsex neprer¥vno dyfferencyrue- m¥x funkcyj u : ( 0, ρ ] → R, kaΩdaq yz kotor¥x udovletvorqet uslovyqm u t ct( ) − ≤ Mt tβ( ), (20) ′ −u t c( ) ≤ qM tβ( ) , t ∈ ( 0, ρ ] . Zdes\ ρ, M, q — poloΩytel\n¥e postoqnn¥e, ρ < τ . Nazovem uslovyqmy�D sovokupnost\ sledugwyx uslovyj : ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 1352 A. E. ZERNOV, O. R. ÇAJÇUK 1) suwestvuet neprer¥vno dyfferencyruemaq neub¥vagwaq funkcyq β : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) , udovletvorqgwaq uslovyqm lim ( ) t t → + = 0 0β , lim ( )( ( )) t t t t → + −′ = 0 1 0β β β , lim ( )( ( )) t g t t L → + ∗ − = 0 1 1β , lim ( )( ( )) t t t L → + − = 0 1 2α β , 0 ≤ β0 < + ∞ , 0 ≤ Li < ∞ , i ∈ { 1, 2 } ; 2) b1 01≠ + β ; 3) ( )l l b b3 4 1 2+ + < b l l1 0 3 41 1− − − −β ( ). Teorema(2. Pust\ v¥polnen¥ uslovyq C, D. Tohda suwestvugt ρ, M , q takye, çto: 1) esly b1 01> + β , to zadaça (19) ymeet beskoneçnoe mnoΩestvo reßenyj x : ( 0, ρ ] → R, kaΩdoe yz kotor¥x prynadleΩyt mnoΩestvu U2 ( ρ, M, q ) . Pry lgbom v¥bore postoqnnoj α, udovletvorqgwej neravenstvu α ρ− c < < Mρβ ρ( ), najdetsq reßenye xα ∈ U2 ( ρ, M, q ) takoe, çto xα ρ α( ) = ; 2) esly b1 01< + β , to zadaça (19) ymeet nepustoe mnoΩestvo reßenyj x : ( 0, ρ ] → R, kaΩdoe yz kotor¥x prynadleΩyt mnoΩestvu U2 ( ρ, M, q ) . Dokazatel\stvo. V¥berem postoqnn¥e M , q tak, çtob¥ v¥polnqlys\ us- lovyq b b1 1 01+ − − β < q < b b l l1 0 2 3 4 11− − −( ) + −β ( ) , esly l l3 4+ > 0, q > b b1 1 01+ − − β , esly l l3 4+ = 0, M > b L L b b q l l2 1 2 1 0 2 3 4 11+( ) − − − − +( )−β ( ) . Neravenstva, opredelqgwye v¥bor ρ, zdes\ ne pryvodqtsq vvydu ohranyçenno- sty obæema stat\y; otmetym lyß\, çto ρ dostatoçno malo. Pust\ B — pro- stranstvo neprer¥vno dyfferencyruem¥x funkcyj x : [ 0, ρ ] → R s normoj (10). Oboznaçym çerez U podmnoΩestvo B, kaΩd¥j πlement u : [ 0, ρ ] → R kotoroho udovletvorqet uslovyqm (20), pryçem u ( 0 ) = 0, u ′ ( 0 ) = c, y, krome toho, v¥polneno uslovye (11), hde δ ( ε ) = ( ) ( ( ))1 23 4 1− − −l l B tε ε . Zdes\ B t( )ε = = l t t t0 1 2( )ε ε ε − −+ , pryçem postoqnnaq tε ∈ ( 0, ρ ) v¥brana tak, çtob¥ β ( t ) < < ( )( )1 83 4 1− − −l l qM ε pry t ∈ ( 0, tε ] . MnoΩestvo U zamknuto, v¥puklo, ohra- nyçeno y (v sootvetstvyy s kryteryem Arcela) kompaktno. Rassmotrym dyfferencyal\noe uravnenye x ′ ( t ) = a b t x t b t u g t t t u t u g t u t u h t+ + + ′ ′− − − 1 1 2 1 1( ) ( ( )) ( , ( ), ( ( )), ( ), ( ( )))ϕ , (21) hde u ∈ U — proyzvol\naq fyksyrovannaq funkcyq. Dal\nejßye rassuΩde- nyq analohyçn¥ tem, kotor¥e proveden¥ pry dokazatel\stve teorem¥O1. Zdes\ sleduet poloΩyt\ Φ1 = ( , ) : ( , ], ( )t x t x ct Mt t∈ − ={ }0 ρ β , D1 = ( , ) : ( , ], ( )t x t x ct Mt t∈ − <{ }0 ρ β , H = ( , ) : , ( )t x t x c M= − <{ }ρ ρ ρβ ρ , A1 ( t, x ) = ( ) ( )( )–x ct t t− 2 2β , zatem ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 KAÇESTVENNOE YSSLEDOVANYE SYNHULQRNOJ ZADAÇY KOÍY … 1353 Φ2 ( ν ) = ( , ) : ( , ], ( ) ( )( ln )t x t x x t t t tu∈ − = −{ }0 ρ ν β , D2 ( ν ) = ( , ) : ( , ], ( ) ( )( ln )t x t x x t t t tu∈ − < −{ }0 ρ ν β , hde ν — parametr, ν ∈ ( 0, 1 ] , A2 ( t, x ) = ( ( )) ( ( )( ln ))–x x t t t tu− −2 2β y, nakonec, Φ3 = ( , ) : ( , ], ( ) ( ( ))t x t x x t d t t∈ − ={ }−0 2 1ρ γ βν ν , D3 = ( , ) : ( , ], ( ) ( ( ))t x t x x t d t t∈ − <{ }−0 2 1ρ γ βν ν , hde d = u u B1 2− , d > 0, x2 = Tu2 , γ, ν — postoqnn¥e, udovletvorqgwye uslovyqm 0 < ν < min , ( ) 1 1 3 1 1 0 0 b − − +       β β , γ > 3 2 1 1 1 2 1 0 1 0 ( )( ) ( )b M b − + + − − ν β β , A3 ( t, x ) = ( ( )) ( )( )– ( )x x t t t− − 2 2 2 1β ν . Esly b1 01> + β , to dokaz¥vaem, çto kaΩdaq yz yntehral\n¥x kryv¥x uravne- nyq (21), peresekagwyx H, leΩyt v D1 pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] . Zatem v¥byraem y fyksyruem toçku G ( ρ, α ) ∈ H y oboznaçaem çerez Ju : ( t, xu ( t )) yntehral\nug kryvug uravnenyq (21), proxodqwug çerez toçku G. Esly b1 01< + β , to doka- z¥vaem, çto sredy yntehral\n¥x kryv¥x uravnenyq (21), peresekagwyx H, lyß\ odna leΩyt v D1 pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] . Ee m¥ y oboznaçaem çerez Ju : ( t, xu ( t )) . Polahaem po opredelenyg xu ( 0 ) = 0, ′ =x cu( )0 y dokaz¥vaem, çto xu ∈ U. Opredelqem operator T : U → U ravenstvom Tu = xu . Pry dokaza- tel\stve neprer¥vnosty operatora T : U → U snova pryxodym k neravenstvu (14). Dlq zaverßenyq dokazatel\stva teorem¥O2 prymenqem k operatoru T : U → U teoremu Íaudera o nepodvyΩnoj toçke. Prymer(3. Rassmotrym zadaçu Koßy t x t′( ) = – t x t t x t x t t x t t x t x t+ + ′ ′ + ′ − ′2 22 2 2 2 2( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ), x ( 0 ) = 0, (22) hde x : ( 0, τ ) → R — neyzvestnaq funkcyq ( τ > 0 — postoqnnaq ) . Zdes\ a = = – 1, b1 = 2, b2 = 0, funkcyq ϕ : D → R opredelena ravenstvom ϕ ( t, y1, y3, y4 ) = t y y t y t y y2 3 4 2 4 1 42+ − , pryçem D = ( , , , ) : ( , ), , ,t y y y t y t y y1 3 4 1 3 40 2 2 2∈ < < <{ }τ . MoΩem vzqt\ l3 = 2 τ 2, l4 = 4 τ + 3 τ 2. Postoqnnaq c opredelqetsq yz uravnenyq – 1 + 2c = c, t. e. c = 1, poπtomu ϕ ( t, ct, c, c ) = ϕ ( t, t, 1, 1 ) = 0, t ∈ ∈ ( 0, τ ) , y moΩno sçytat\, çto α( )t tr= , hde r > 0 — lgboe. Pust\ β( )t tr= , hde r > 0, r ≠ 1. Tohda β0 = r . Esly pry postanovke zadaçy v¥brat\ τ > 0 dostatoçno mal¥m, to moΩno dobyt\sq v¥polnenyq uslovyq 0 23 4+ + ⋅( )l l < 2 1 1 3 4− − − −r l l( ). Poskol\ku v¥polnen¥ uslovyq C, D, sohlasno teoremeO2 ymeem sledugwee. 1. Esly 0 < r < 1, to b1 01> + β . Poπtomu zadaça (22) ymeet beskoneçnoe mnoΩestvo reßenyj x : ( 0, ρ ] → R, kaΩdoe yz kotor¥x udovletvorqet uslo- vyqm ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 1354 A. E. ZERNOV, O. R. ÇAJÇUK x t t( ) − ≤ Mt r1+ , ′ −x t( ) 1 ≤ qMtr , t ∈ ( 0, ρ ] . (23) Zdes\ ρ ∈ ( 0, τ ) , ρ dostatoçno malo, M, q dostatoçno velyky. 2. Esly r > 1, to b1 01< + β . Poπtomu zadaça (22) ymeet nepustoe mnoΩe- stvo reßenyj x : ( 0, ρ ] → R, kaΩdoe yz kotor¥x udovletvorqet uslovyqm (23). S druhoj storon¥, perepysav zadaçu (22) v vyde ( ( ) ( ))( ( ))t x t t x t t x t′ + − − ′2 1 2 = 0, x ( 0 ) = 0, najdem mnoΩestvo ee reßenyj: x ( t ) = t + Ct 2, hde C ∈ R — lgboe, x ( t ) = 2 t . Lehko vydet\, çto pry r < 1 kaΩdoe yz reßenyj semejstva x t t Ct( ) = + 2 udov- letvorqet neravenstvam (23) (dlq C M≤ ), a esly r > 1, to sredy reßenyj ukazannoho semejstva najdetsq tol\ko odno, ymegwee svojstva (23), a ymenno x ( t ) = t. Nalyçye „dopolnytel\noho” reßenyq x ( t ) = 2 t ne protyvoreçyt utverΩdenyg teorem¥O2. 3. Nelynejnoe uravnenye. Rassmotrym zadaçu Koßy t x t′( ) = f t x t x g t x t x h t( , ( ), ( ( )), ( ), ( ( )))′ ′ , (24) x ( 0 ) = 0, v predpoloΩenyy, çto v¥polnen¥ uslovyq�E : 1) g : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) , h : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vno dyfferencyrue- m¥e neub¥vagwye funkcyy, lim ( )( ( )) t tg t g t → + −′ 0 1 = g0 , lim ( )( ( )) t th t h t → + −′ 0 1 = h0 , 0 ≤ g0 < + ∞ , 0 ≤ h0 < + ∞ y dlq lgb¥x toçek ti ∈ ( 0, τ ) , i ∈ { 1, 2 } , v¥pol- neno uslovye (4); 2) f : D → R — neprer¥vnaq funkcyq, D = ( , , , , ) : ( , ), ( ), ( ( )),t y y y y t y t y g t1 2 3 4 1 20∈ < <{ τ µ µ y t t y h t h t3 1 4 1< < }− −µ µ( ) , ( ( ))( ( )) ; zdes\ µ : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vnaq funkcyq, lim ( ) t t → +0 µ = 0; 3) f t t( , , , , ) ( )0 0 0 0 ≤ α , t ∈ ( 0, τ ) , hde α : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vno dyfferencyruemaq neub¥vagwaq funkcyq, lim ( )( ( )) t t t → + − 0 1α µ = 0; 4) f t y y y y f s y y y y l t t s( , , , , ) ( , , , , ) ( )1 2 3 4 1 2 3 4 0− ≤ −∗ dlq lgb¥x toçek ( , ,t y1 y y y D2 3 4, , ) ∈ , ( , , , , )s y y y y D1 2 3 4 ∈ , udovletvorqgwyx uslovyg 0 < t* ≤ t, 0 < t* ≤ s, hde l0 : ( 0, τ ) → ( 0, + ∞ ) — neprer¥vnaq nevozrastagwaq funkcyq; 5) f t y y y y f t z z z z( , , , , ) ( , , , , )1 2 3 4 1 2 3 4− ≤ l y z l t g t y z1 1 1 2 1 2 2− + −−α α( )( ( ( ))) + + l t y z l h t y z3 3 3 4 4 4− + −( ) dlq lgb¥x toçek ( , , , , )t y y y y D1 2 3 4 ∈ , ( , , ,t z z1 2 z z D3 4, ) ∈ , hde lj — postoqnn¥e, j ∈ { 1, 2, 3, 4 } , l l3 4+ < 1. Oboznaçym çerez U3 ( ρ, M, q ) mnoΩestvo vsex neprer¥vno dyfferencyrue- m¥x funkcyj u : ( 0, ρ ] → R, kaΩdaq yz kotor¥x udovletvorqet uslovyqm u t( ) ≤ M tα( ) , ′u t( ) ≤ ( ) ( )/q M t t+ 1 α , t ∈ ( 0, ρ ] . Zdes\ ρ, M, q — poloΩytel\n¥e postoqnn¥e, ρ < t. Zametym, çto yz sdelan- n¥x predpoloΩenyj ne sleduet, çto v¥raΩenye α( )/t t ohranyçeno pry t ∈ ∈ ( 0, ρ ] . ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 KAÇESTVENNOE YSSLEDOVANYE SYNHULQRNOJ ZADAÇY KOÍY … 1355 Nazovem uslovyqmyOF sovokupnost\ sledugwyx uslovyj: 1) lim ( )( ( )) t t t t → + −′ = 0 1 0α α α , 0 < α0 < + ∞ ; 2) l l l l1 2 0 3 42+ + + +( )( )α < α0 . Teorema(3. Pust\ v¥polnen¥ uslovyq E, F. Tohda suwestvugt ρ, M , q takye, çto zadaça (24) ymeet nepustoe mnoΩestvo reßenyj x : ( 0, ρ ] → R, kaΩdoe yz kotor¥x prynadleΩyt mnoΩestvu U3 ( ρ, M, q ) . Dokazatel\stvo. V¥berem postoqnn¥e M , q tak, çtob¥ v¥polnqlys\ us- lovyq 1 0+ α < q < ( )( )α0 1 2 3 4 1 1− − + −−l l l l , esly l l3 4+ > 0, q > 2 0+ α , esly l l3 4+ = 0, M > ( ( )( ))α0 1 2 3 4 11− − − + + −l l l l q . Neravenstva, opredelqgwye v¥bor ρ, zdes\ ne pryveden¥ vvydu ohranyçenno- sty obæema stat\y; otmetym lyß\, çto ρ dostatoçno malo. Pust\ B — pro- stranstvo neprer¥vno dyfferencyruem¥x funkcyj x : [ 0, ρ ] → R s normoj (10). Oboznaçym çerez U podmnoΩestvo B, kaΩd¥j πlement u : [ 0, ρ ] → R kotoroho udovletvorqet neravenstvam u t( ) ≤ Mt tα( ) , ′u t( ) ≤ qM tα( ), t ∈ ( 0, ρ ] , pryçem u ( 0 ) = 0, u ′ ( 0 ) = 0 y, krome toho, v¥polneno uslovye (11), hde δ ( ε ) = = ( ) ( ( ))1 23 4 1− − −l l B tε ε . Zdes\ B t( )ε = l t g t g t h t0 1 1( ) ( ) ( ) ( )( )ε ε ε εα+ ( ) + ( )− − , pryçem postoqnnaq tε ∈ ( 0, ρ ) v¥brana tak, çtob¥ α ( t ) < ( )( )1 83 4 1− − −l l qM ε pry t ∈ ( 0, tε ] . MnoΩestvo U zamknuto, v¥puklo, ohranyçeno y (v sootvetstvyy s kryteryem Arcela) kompaktno. Polahaq x = y / t, hde y : ( 0, τ ) → R — novaq neyzvestnaq funkcyq, poluça- em zadaçu Koßy t y t′( ) = y t tf t y t t y g t g t y t t y t t y h t h t y h t h t ( ) , ( ) , ( ( )) ( ) , ( ) ( ) , ( ( )) ( ) ( ( )) ( ( )) + ′ − ′ −    2 2 , y ( 0 ) = 0. Rassmotrym dyfferencyal\noe uravnenye ′y t( ) = y t t f t u t t u g t g t u t t u t t u h t h t u h t h t ( ) , ( ) , ( ( )) ( ) , ( ) ( ) , ( ( )) ( ) ( ( )) ( ( )) + ′ − ′ −    2 2 , (25) hde u ∈ U — proyzvol\naq fyksyrovannaq funkcyq. Pust\ D 0 = ( , ) :t y{ t y∈ ∈ }( , ],0 ρ R . Esly ( , )t y D∈ 0, to dlq uravnenyq (25) v¥polnen¥ uslovyq teorem¥ suwestvovanyq y edynstvennosty reßenyq y neprer¥vnoj zavysymosty reßenyj ot naçal\n¥x dann¥x. Dalee provodym rassuΩdenyq, analohyçn¥e ta- kov¥m pry dokazatel\stve teorem¥O1. Oboznaçym Φ1 = ( , ) : ( , ], ( )t y t y Mt t∈ ={ }0 ρ α , D1 = ( , ) : ( , ], ( )t y t y Mt t∈ <{ }0 ρ α , H = ( , ) : , ( )t y t y M= <{ }ρ ρα ρ . ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 1356 A. E. ZERNOV, O. R. ÇAJÇUK Opredelym vspomohatel\nug funkcyg A1 : D0 → [ 0, + ∞ ) ravenstvom A1 ( t, y ) = = y t t2 2( ( ))α − y dokaΩem, çto ee proyzvodnaq v sylu uravnenyq (25) otrycatel\- na pry ( t, y ) ∈ Φ1 . Poπtomu sredy yntehral\n¥x kryv¥x uravnenyq (25), perese- kagwyx H, najdetsq xotq b¥ odna, kotoraq opredelena pry t ∈ ( 0, ρ ] y leΩyt v D1 pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] ; oboznaçym πtu yntehral\nug kryvug çerez Ju : ( t, yu ( t )) . Zatem dokaΩem, çto sredy yntehral\n¥x kryv¥x uravnenyq (25), perese- kagwyx H, tol\ko Ju : ( t, yu ( t )) leΩyt v D1 pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] . S πtoj cel\g rassmotrym odnoparametryçeskye semejstva mnoΩestv Φ2 ( ν ) = ( , ) : ( , ], ( ) ( )( ln )t y t y y t t t tu∈ − = −{ }0 ρ ν α , D2 ( ν ) = ( , ) : ( , ], ( ) ( )( ln )t y t y y t t t tu∈ − < −{ }0 ρ ν α , hde ν — parametr, ν ∈ ( 0, 1 ] ; vspomohatel\naq funkcyq A2 : D0 → [ 0, + ∞ ) opredelena ravenstvom A2 ( t, y ) = ( )( ) ( ( )( ln ))y y t t t tu− −− −2 2α . Zatem polahaem po opredelenyg yu( )0 0= , ′ =yu( )0 0 y dokaz¥vaem, çto y Uu ∈ . Opredelqem operator T : U → U ravenstvom Tu = yu y dokaz¥vaem, çto operator T : U → → U neprer¥ven. Dlq πtoho provodym te Ωe rassuΩdenyq, çto y v sootvetst- vugwej çasty dokazatel\stva teorem¥O1 ( sluçaj b10 < N + β0 ) . Zdes\ Φ3 = ( , ) : ( , ], ( ) ( )( ( ) ( ) ( ( )))t y t y y t d t t g t h t g t∈ − ={ }−0 2ρ γ α αν ν , D3 = ( , ) : ( , ], ( ) ( )( ( ) ( ) ( ( )))t y t y y t d t t g t h t g t∈ − <{ }−0 2ρ γ α αν ν , hde d = u u B1 2− , d > 0, y2 = Tu2 , ν, γ — postoqnn¥e, udovletvorqgwye us- lovyqm 0 < ν < min , ( )1 3 0 0 0 0 0 1α αg h g+ +  − , esly g h g0 0 0 0+ + α > 0, 0 < ν < 1, esly g0 = h0 = 0, γ > 3 2 2 0 1 1 2α ν( ) ( )M l l− + + , vspomohatel\naq funkcyq A3 : D0 → [ 0, + ∞ ) opredelqetsq ravenstvom A3 ( t, y ) = ( ) ( )( ) ( )( ( ) ( ) ( ( )))y y t t t g t h t g t− − − 2 2 2α α ν . Dokaz¥vaem, çto yntehral\naq kryvaq J1 : ( t, y1 ( t )) dyfferencyal\noho urav- nenyq ′y t( ) = y t t f t u t t u g t g t u t t u t t u h t h t u h t h t ( ) , ( ) , ( ( )) ( ) , ( ) ( ) , ( ( )) ( ) ( ( )) ( ( )) + ′ − ′ −     1 1 1 1 2 1 1 2 leΩyt v D3 pry vsex t ∈ ( 0, ρ ] , posle çeho poluçaem y t y t y t y t1 2 1 2( ) ( ) ( ) ( )− + ′ − ′ ≤ d g t h t g tν να( ) ( ) ( )( )( )− , t ∈ ( 0, ρ ] . (26) Poskol\ku y ti( ) → 0 , ′ →y ti( ) 0 , t → + 0, i ∈{ , }1 2 , yz (26) sleduet neprer¥v- nost\ operatora T : U → U (analohyçn¥my rassuΩdenyqmy s pomow\g (14) b¥la dokazana neprer¥vnost\ operatora T : U → U pry dokazatel\stve teore- m¥O1). Dokazatel\stvo teorem¥O3 zaverßaetsq prymenenyem k operatoru T : U → → U teorem¥ Íaudera o nepodvyΩnoj toçke. Prymer(4. Rassmotrym zadaçu Koßy ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 KAÇESTVENNOE YSSLEDOVANYE SYNHULQRNOJ ZADAÇY KOÍY … 1357 t x t′( ) = t x t x t x t x t x t 20 2 9 1 20 9 2 2 2′   +     ′ −     ′  ( ) , x ( 0 ) = 0, (27) hde x : ( 0, τ ) → R — neyzvestnaq funkcyq ( τ > 0 — postoqnnaq). Pust\ dalee D = ( , , , ) : ( , ), , ,t y y y t y t y y2 3 4 2 3 40 9 1 1∈ < < <{ }τ ( t. e. polahaem µ ( t ) = t ) , a funkcyq f : D → R opredelena ravenstvom f t y y y( , , , )2 3 4 = ty y y y y4 2 2 3 2 2 4 20 20 + − . Tohda zadaçu (27) moΩno zapysat\ v vyde t x t′( ) = f t x t x t x t , , ( ), 9 2     ′ ′       , x ( 0 ) = 0. (28) Zdes\ f ( t, 0, 0, 0 ) = 0, t ∈ ( 0, τ ) , y poπtomu polahaem α ( t ) = t r, hde r > 1 — lgboe fyksyrovannoe; tohda α0 = r. Lehko vydet\, çto moΩno v¥brat\ l1 = 0, l2 = 7 30 τ , l3 = τ 81 , l4 = 1 10 810 + τ . Pry postanovke zadaçy moΩno vzqt\ stol\ maloe τ, çtob¥ v¥polnqlos\ us- lovye l l l l1 2 0 3 42+ + + +( )( )α < α0 , tak kak α0 > 1 ⇒ α0 > 2 9 ⇒ ( )α0 2 1 10 + < α0 . Poskol\ku v¥polnen¥ uslovyq E, F, na osnovanyy teorem¥O3 zadaça (28) ymeet nepustoe mnoΩestvo reßenyj x : ( 0, ρ ] → R takyx, çto x t( ) ≤ Mtr , ′x t( ) ≤ ( )q Mtr+ −1 1, t ∈ ( 0, ρ ] , (29) hde ρ ∈ ( 0, τ ) , ρ dostatoçno malo, M, q dostatoçno velyky. S druhoj storon¥, rassmatryvaemug zadaçu (27) moΩno zapysat\ v vyde ′ − ′       −        x t x t t x t ( ) 1 20 2 9 2 = 0, x ( 0 ) = 0, otkuda sleduet, çto lybo x = ± 3 t , lybo x ( t ) udovletvorqet funkcyonal\- nomu uravnenyg x ( t ) = 1 10 2 x t    s naçal\n¥m uslovyem x ( 0 ) = 0. Esly yskat\ reßenyq poslednej zadaçy v vyde stepennoho rqda x ( t ) = c t c t c t1 2 2 3 3+ + + …, to posledovatel\no poluçym c1 = = c2 = c3 = … = 0 y, sledovatel\no, x ( t ) = 0. Oçevydno, reßenye x ( t ) = 0 zadaçy (27) udovletvorqet uslovyqm (29) pry lgbom fyksyrovannom r > 1 y pry lgb¥x poloΩytel\n¥x q, M. Suwestvo- vanye „dopolnytel\n¥x” dvux reßenyj zadaçy (27) ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10 1358 A. E. ZERNOV, O. R. ÇAJÇUK x ( t ) = 3 t , x ( t ) = – 3 t ne protyvoreçyt utverΩdenyg teorem¥O3. 1. Azbelev N. V., Maksymov V. P., Raxmatullyna L. F. Vvedenye v teoryg funkcyonal\no- dyfferencyal\n¥x uravnenyj. – M.: Nauka, 1991. – 280 s. 2. Azbelev N. V. Sovremennoe sostoqnye y tendencyy razvytyq teoryy funkcyonal\no- dyfferencyal\n¥x uravnenyj // Yzv. vuzov. Matematyka. – 1999. – # 6. – S. 8 – 19. 3. Azbelev N. V., Maksymov V. P., Raxmatullyna L. F. ∏lement¥ sovremennoj teoryy funk- cyonal\no-dyfferencyal\n¥x uravnenyj. Metod¥ y pryloΩenyq. – M.: Yn-t komp\gter. yssled., 2002. – 384 s. 4. Axmerov R. R., Kamenskyj M. Y., Potapov A. S. y dr. Teoryq uravnenyj nejtral\noho typa // Ytohy nauky y texnyky. Mat. analyz. – 1981. – 19. – S.O55 – 126. 5. Pelgx H. P., Íarkovskyj A. N. Vvedenye v teoryg funkcyonal\n¥x uravnenyj. – Kyev: Nauk. dumka, 1974. – 120Os. 6. Xejl DΩ. Teoryq funkcyonal\no-dyfferencyal\n¥x uravnenyj. – M.: Myr, 1984. – 421Os. 7. Eruhyn N. P. Knyha dlq çtenyq po obwemu kursu dyfferencyal\n¥x uravnenyj. – Mynsk: Nauka y texnyka, 1972. – 664Os. 8. Kyhuradze Y. T. Nekotor¥e synhulqrn¥e kraev¥e zadaçy dlq ob¥knovenn¥x dyfferen- cyal\n¥x uravnenyj. – Tbylysy: Yzd-vo Tbylys. un-ta, 1975. – 352Os. 9. Çeçyk V. A. Yssledovanye system ob¥knovenn¥x dyfferencyal\n¥x uravnenyj s synhulqrnost\g // Tr. Mosk. mat. o-va. – 1959. – # 8. – S.O155 – 198. 10. Azbelev N. V., Alveß M. Û., Brav¥j E. Y. O synhulqrn¥x kraev¥x zadaçax dlq lynejnoho funkcyonal\no-dyfferencyal\noho uravnenyq vtoroho porqdka // Yzv. vuzov. Matematyka. – 1999. – # 2. – S. 3 – 11. 11. Alveß M. Û. O razreßymosty dvuxtoçeçnoj kraevoj zadaçy dlq synhulqrnoho nelynejnoho funkcyonal\no-dyfferencyal\noho uravnenyq // Tam Ωe. – S. 12 – 19. 12. Brav¥j E. Y. O razreßymosty odnoj kraevoj zadaçy dlq nelynejnoho synhulqrnoho funkcyonal\no-dyfferencyal\noho uravnenyq // Tam Ωe. – 1993. – # 5. – S. 17 – 23. 13. Brav¥j E. Y. Lynejn¥e funkcyonal\no-dyfferencyal\n¥e uravnenyq s vnutrennymy synhulqrnostqmy: Avtoref. dys. … kand. fyz.-mat. nauk. – Perm\, 1996. – 18 s. 14. Íyndqpyn A. Y. O kraevoj zadaçe dlq odnoho synhulqrnoho uravnenyq // Dyfferenc. uravnenyq. – 1984. – 20, # 3. – S. 450 – 455. 15. Grimm L. J. Analytic solutions of a neutral differential equation near a singular point // Proc. Amer. Math. Soc. – 1972. – 36, # 1. – P. 187 – 190. 16. Grimm L. J., Hall L. M. Holomorphic solutions of singular functional differential equations // J. Math. Anal. and Appl. – 1975. – 50, # 3. – P. 627 – 638. 17. Zernov A. E. O razreßymosty y asymptotyke reßenyj nekotoroho funkcyonal\no-dyf- ferencyal\noho uravnenyq s synhulqrnost\g // Ukr. mat. Ωurn. – 2001. – 53, # 4. – S.O455 – 465. 18. Demydovyç B. P. Lekcyy po matematyçeskoj teoryy ustojçyvosty. – M.: Nauka, 1967. – 472Os. 19. Zernov A. E. O razreßymosty y asymptotyçeskyx svojstvax reßenyj odnoj synhulqrnoj zadaçy Koßy // Dyfferenc. uravnenyq. – 1992. – 28, # 5. – S. 756 – 760. 20. Zernov A. E. Kaçestvenn¥j analyz neqvnoj synhulqrnoj zadaçy Koßy // Ukr. mat. Ωurn. – 2001. – 53, # 3. – S. 302 – 310. Poluçeno 23.03.2004, posle dorabotky — 05.10.2004 ISSN 1027-3190. Ukr. mat. Ωurn., 2005, t. 57, # 10
id umjimathkievua-article-3690
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language rus
English
last_indexed 2026-03-24T02:47:11Z
publishDate 2005
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/87/97303a6854eddde739b4cf52e9841787.pdf
spelling umjimathkievua-article-36902020-03-18T20:02:18Z Qualitative investigation of a singular Cauchy problem for a functional differential equation Качественное исследование сингулярной задачи Коши для некоторого функционально-дифференциального уравнения Zernov, A. E. Chaichuk, O. R. Зернов, А. Е. Чайчук, О. Р. Зернов, А. Е. Чайчук, О. Р. We consider the singular Cauchy problem $$txprime(t) = f(t,x(t),x(g(t)),xprime(t),xprime(h(t))), x(0) = 0,$$ where $x: (0, τ) → ℝ, g: (0, τ) → (0, + ∞), h: (0, τ) → (0, + ∞), g(t) ≤ t$, and $h(t) ≤ t, t ∈ (0, τ)$, for linear, perturbed linear, and nonlinear equations. In each case, we prove that there exists a nonempty set of continuously differentiable solutions $x: (0, ρ] → ℝ$ ($ρ$ is sufficiently small) with required asymptotic properties. Розглядається сингулярна задача Коші $$txprime(t) = f(t,x(t),x(g(t)),xprime(t),xprime(h(t))), x(0) = 0,$$ де $x: (0, τ) → ℝ, g: (0, τ) → (0, + ∞), h: (0, τ) → (0, + ∞), g(t) ≤ t, h(t) ≤ t, t ∈ (0, τ)$ для лінійного, збуреного лінійного і нелінійного рівнянь. У кожному випадку доведено, що існує непорожня множина неперервно дифсрсіщійовних розв&#039;язків $x: (0, ρ] → ℝ$ ($ρ$ достатньо мале) з потрібними асимптотичними властивостями. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2005-10-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3690 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 57 No. 10 (2005); 1344–1358 Український математичний журнал; Том 57 № 10 (2005); 1344–1358 1027-3190 rus en https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3690/4106 https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3690/4107 Copyright (c) 2005 Zernov A. E.; Chaichuk O. R.
spellingShingle Zernov, A. E.
Chaichuk, O. R.
Зернов, А. Е.
Чайчук, О. Р.
Зернов, А. Е.
Чайчук, О. Р.
Qualitative investigation of a singular Cauchy problem for a functional differential equation
title Qualitative investigation of a singular Cauchy problem for a functional differential equation
title_alt Качественное исследование сингулярной задачи Коши для некоторого функционально-дифференциального уравнения
title_full Qualitative investigation of a singular Cauchy problem for a functional differential equation
title_fullStr Qualitative investigation of a singular Cauchy problem for a functional differential equation
title_full_unstemmed Qualitative investigation of a singular Cauchy problem for a functional differential equation
title_short Qualitative investigation of a singular Cauchy problem for a functional differential equation
title_sort qualitative investigation of a singular cauchy problem for a functional differential equation
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/3690
work_keys_str_mv AT zernovae qualitativeinvestigationofasingularcauchyproblemforafunctionaldifferentialequation
AT chaichukor qualitativeinvestigationofasingularcauchyproblemforafunctionaldifferentialequation
AT zernovae qualitativeinvestigationofasingularcauchyproblemforafunctionaldifferentialequation
AT čajčukor qualitativeinvestigationofasingularcauchyproblemforafunctionaldifferentialequation
AT zernovae qualitativeinvestigationofasingularcauchyproblemforafunctionaldifferentialequation
AT čajčukor qualitativeinvestigationofasingularcauchyproblemforafunctionaldifferentialequation
AT zernovae kačestvennoeissledovaniesingulârnojzadačikošidlânekotorogofunkcionalʹnodifferencialʹnogouravneniâ
AT chaichukor kačestvennoeissledovaniesingulârnojzadačikošidlânekotorogofunkcionalʹnodifferencialʹnogouravneniâ
AT zernovae kačestvennoeissledovaniesingulârnojzadačikošidlânekotorogofunkcionalʹnodifferencialʹnogouravneniâ
AT čajčukor kačestvennoeissledovaniesingulârnojzadačikošidlânekotorogofunkcionalʹnodifferencialʹnogouravneniâ
AT zernovae kačestvennoeissledovaniesingulârnojzadačikošidlânekotorogofunkcionalʹnodifferencialʹnogouravneniâ
AT čajčukor kačestvennoeissledovaniesingulârnojzadačikošidlânekotorogofunkcionalʹnodifferencialʹnogouravneniâ