Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
Без ограничения общности можно предположить, что стационарное решение находится в начале координат, т. е. Пусть разложение $\mathrm{F}$ в ряд по степеням $x_{i}$ имеет вид где вектор-функции являются линейными функциями каждого аргумента и симметричны по этим векторам. преобразует (1.1) в Для вопросов существования оно имеет решающее значение. Комплексно-сопряженные характеристические показатели $\alpha(\mu), \bar{\alpha}(\mu)$, о которых говорилось в предположениях теоремы, просты для всех малых $|\mu|$. В соответствующих решениях уравнения (2.4) комплексный вектор а определен поэтому с точностью до комплексного скалярного множителя; а̄ — сопряженный вектор. Кроме того, в силу простоты не существует решений вида В точке $\mu=0 \alpha(\mu)$-аналитическая функция. Можно выбрать фиксированный действительный вектор $\mathbf{e} По предположению В точке $\mu=0$ a $(\mu)$ аналитична. с комплексным скаляром $c$. Они образуют семейство, зависящее от двух действительных параметров; один из этих параметров пропорционален множителю, а другой представляет собой аддитивную по $t$ постоянную (решения образуют лишь однопараметрическое семейство кривых). Для $c=1$ (2.9) превращается в В силу (2.7) это z удовлетворяет условиям: Это единственное решение вида (2.9); удовлетворяющее этим условиям, так как из и из (2.9), (2.7) и (2.8) следует, что $c=0$; таким образом, $\mathrm{z}=0$. По предположению при $\mu=0 \alpha$ и $\bar{\alpha}$ — единственные из всех характеристических показателей, являющиеся чисто мнимыми. Следовательно, для $\mu=0$ (2.9) определяет все действительные периодические решения (2.4). Их период В частности, для $\mu=0$ (2.10)-единственное периодическое решение со свойствами (2.11). Для дальнейшего заметим также, что при $\mu=0$ (2.4) не имеет решений вида где $\mathbf{p}$ и q имеют общий период и р не тождественно равна нулю. Иначе бы (2.4) распалось на два уравнения и $\mathbf{p}$ было бы нетривиальной линейной комбинацией (2.5). Разложение $\mathbf{q}(t)$ в ряд Фурье приводило бы тогда к решению вида (2.6). Дифференцируя (2.4) по $\mu$ в точке $\mu=0$, получим неоднородное дифференциальное уравнение а для производной по $\mu$ от (2.10): Множитель при $t$ есть решение уравнения (2.4). Если его линейно выразить через решение (2.10) и $\dot{\mathbf{z}}$, то из (2.8) будет следовать, что где Пусть теперь решение (2.3), удовлетворяющее начальному условию $\mathbf{y}=\mathbf{y}^{\mathbf{0}}$ при $t=0$. Согласно хорошо известным теоремам, оно аналитически зависит от всех своих аргументов в каждой точке $\left(t, 0,0, \mathbf{y}^{0}\right)$. Это решение периодично с периодом $T$ в том и только в том случае, когда оно удовлетворяет уравнению Если обозначить через $z^{0}$ начальное условие фиксированного решения (2.10) уравнения (2.4) при $\mu=0$, то (2.16) выполняется при значениях Возникает задача: для данного $\varepsilon$ решить уравнение (2.16) относительно $T, \mu$ и у0. Это $n$ уравнений с $(n+2)$ неизвестными. Чтобы сделать решение единственным, добавим еще два уравнения где $\mathbf{e}$-действительный вектор, введенный выше, а $\dot{\mathbf{y}}^{0}=\dot{\mathbf{y}}$ при $t=0$. Как будет показано в следующем параграфе, введение этих условий не налагает ограничений на все множество решений в малом. Из (2.11) следует, что для начальных условий $\mu=\varepsilon=0, \mathbf{y}^{0}=\mathbf{z}^{0}$ этим уравнениям удовлетворяют решения (2.10). Для всех достаточно малых $|\varepsilon|$ (2.16) и (2.18) имеют точно одно решение в некоторой окрестности системы значений в следующем случае: система линейных уравнений, образованная взятием дифференциалов (в равенствах (2.16)) по переменным $T, \mu, \varepsilon, \mathbf{y}^{0}$, имеет единственное решение при данном $d \varepsilon$. Это эквивалентно тому, что функции (2.19) существуют, если эти линейные уравнения при $d \varepsilon=0$ имеют нулевое решение $d T=d \mu=d \mathbf{y}^{0}=0$. Именно этот случай и осуществляется, как сейчас будет показано. Имеем В частности, есть решение (2.10). Дифференциал $d \mathbf{y}\left(t, \mu, 0, \mathbf{y}^{0}\right)$ является суммой дифференциалов относительно отдельных аргументов, когда все остальные фиксированы. Если ввести для дифференциалов как для независимых констант или векторов, обозначения то вышеуказанный дифференциал запишется как $\rho \dot{\mathbf{y}}+\sigma \mathbf{y}^{\prime}+$ $+\mathbf{u}$. Здесь $\dot{\text { у }}$ и $\mathbf{y}^{\prime}=\partial \mathbf{y} / \partial \mu$ берутся в точке $T=T_{0}, \mu=0$, $\mathbf{y}^{0}=\mathbf{z}^{0}$ и $\mathbf{u}$ — это решение с начальным условием $\mathbf{u}^{0}$ при $t=0$. Согласно (2.22), $\dot{\mathbf{y}}=$ $=\dot{\mathbf{z}}(t, 0)$. Если положить $\mathbf{y}^{\prime}=\mathbf{v}$, тогда $\mathbf{v}(t)$ — решение урав. нения Линейное векторное уравнение, получающееся из (2.16), таково: где $\mathbf{z}(t)$ обозначает решение (2.10) уравнения Это выполняется, так как $\mathbf{z}(t)$ имеет период $T_{0}$, поэтому из (2.23) следует, что выражение в квадратных скобках есть решение (2.25); $\mathbf{z}$ также решение (2.25), следовательно, вся левая часть (2.26) есть решение (2.25). Из (2.24) и того обстоятельства, что $\mathbf{v}(0)=0$, следует, что начальное условие этого решения нулевое и, таким образом, оно тождественно равно нулю. Теперь из (2.13) и (2.23) следует, что Таким образом, по (2.14) и (2.15) квадратная скобка в (2.26) равна Положим $\mathbf{u}+\sigma \mathbf{g}=\mathbf{w}$ и Тогда получим, что с периодической функцией $q$. Однако, как мы перед этим установили, таких решений не существует, если $\tilde{\mathbf{z}} Так как $\mathbf{z}$ и $\mathbf{z}$ линейно независимы, то из (2.27) и предположения (1.2) следует, что $\sigma=0$ и $\rho=0$. Таким образом, по $(2.24) \mathbf{u}(t)$ имеет период $T_{0}$. Наконец, так как $d \mathbf{y}^{0}=\mathbf{u}^{0}$ и $d \mathbf{y}^{\dot{0}}=\dot{\mathbf{u}}$ при $t=0$, из уравнений (2.18) следует, что $\mathbf{u} \cdot \mathbf{e}=\dot{\mathbf{u}} \cdot \mathbf{e}=0$ при $t=0$. Периодическое решение уравнения $\dot{\mathbf{u}}=\mathbf{L}_{0}(\mathbf{u})$ с такими свойствами обязано быть нулевым, как мы установили выше. Этим завершается доказательство существования семейства периодических решений ${ }^{1}$ ). Периодические решения $\mathbf{y}(t, \varepsilon)$ уравнения (2.23) и семейство периодических решений уравнения (1.1) аналитичны в каждой точке $(t, 0)$. вместо (2.20). Ничего существенного в доказательстве не изменится.
|
1 |
Оглавление
|