Главная > АСИМПТОТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ НЕЛИНЕЙНОЙ МЕХАНИКИ (Н. Н.МОИСЕЕВ)
<< Предыдущий параграф
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

Рассмотрим еще один пример подобный системы
\[
\left.\begin{array}{l}
\dot{x}_{1}=\lambda \mu x_{1}+\lambda x_{2}, \\
\dot{x}_{2}=\lambda \mu x_{2}+\lambda x_{3}+b x_{1}, \\
\dot{x}_{3}=\lambda \mu x_{3}+a x_{1}+c x_{2} .
\end{array}\right\} .
\]

Асимптотические представления должны иметь вид
\[
\begin{array}{c}
x_{1}=\left(u_{10}+\lambda^{-1 / 3} u_{11}+\lambda^{-2 / 3} u_{12}+\ldots\right) \exp \int_{0}^{t}\left(\lambda \mu+\lambda^{2 / 3} \varphi_{0}+\lambda^{1 / 3} \varphi_{1}\right) d t, \\
x_{2}=\left(\lambda^{-1 / 3} u_{20}+\lambda^{-2 / 3} u_{21}+\lambda^{-1} u_{22}+\ldots\right) \exp \int_{0}^{t}\left(\lambda \mu+\lambda^{2 / 3} \varphi_{0}+\lambda^{1 / 3} \varphi_{1}\right) d t, \\
x_{3}=\left(\lambda^{-2 / 3} u_{30}+\lambda^{-1} u_{31}+\lambda^{-4 / 3} u_{32}+\ldots\right) \exp \int_{0}^{t}\left(\lambda \mu+\lambda^{2 / 3} \varphi_{0}+\lambda^{1 / 3} \varphi_{1}\right) d t .
\end{array}
\]

В этом случае
\[
\varphi_{0}=a^{1 / 3}
\]

и уравнение (8.10) нам даст $u_{20}=a^{1 / 3} u_{10}, u_{30}=a^{2 / 3} u_{10}$ и т. д. Уравнения относительно переменных $u_{11}, u_{21}$ и $u_{31}$ будут такими:
\[
\left.\begin{array}{l}
u_{11} \varphi_{0}=u_{21}-u_{10} \varphi_{1}, \\
u_{21} \varphi_{0}=u_{31}+b u_{10}-\varphi_{1} u_{20}, \\
u_{31} \varphi_{0}=a u_{11}+c u_{20}-\varphi_{1} u_{30} .
\end{array}\right\}
\]

Условие разрешимости системы (8.24)

даст
\[
\varphi_{1}\left(u_{10} \varphi_{0}^{2}+u_{20} \varphi_{1}+u_{30}\right)=b u_{10} \varphi_{0}+c u_{20}
\]
\[
\varphi_{1}=\frac{b+c}{3 \varphi_{0}}=\frac{b+c}{3 \sqrt{a}} .
\]

Составим теперь уравнения, которым должны удовлетворять функции $u_{i 2}$ :
\[
\left.\begin{array}{l}
u_{12} \varphi_{0}=u_{22}-u_{11} \varphi_{1}-\dot{u}_{10}, \\
u_{22} \varphi_{0}=u_{32}-u_{21} \varphi_{1}-\dot{u}_{20}+b u_{11}, \\
u_{32} \varphi_{0}=a u_{12}-u_{31} \varphi_{1}-\dot{u}_{30}+c u_{21} .
\end{array}\right\}
\]

Условие разрешимости (8.25) выражается соотношением
\[
\varphi_{1}\left(u_{11} \varphi_{0}^{2}+u_{21} \varphi_{0}+u_{31}\right)=b u_{11} \varphi_{0}+c u_{21}-\dot{u}_{10} \varphi_{0}^{2}-\dot{u}_{20} \varphi_{0}-\dot{u}_{30} .
\]

Если теперь подставить в это выражение значение $\varphi$ и величин
\[
\begin{array}{l}
u_{21}=u_{11} \varphi_{0}+u_{10} \varphi_{1}, \\
u_{31}=u_{11} \varphi_{0}^{2}+2 u_{10} \varphi_{0} \varphi_{1}-b u_{10}
\end{array}
\]

и привести подобные члены, то мы увидим, что все слагаемые, не содержащие производных, обратятся в нуль. Итак, условие разрешимости будет приведено к следующему виду:
\[
\dot{u}_{30}+\dot{u}_{10} \varphi_{0}^{20}+\dot{u}_{20} \dot{\varphi}_{0}=0 .
\]

Заменяя в уравнении (8.26) $u_{20}$ и $u_{30}$ по формулам
\[
\begin{array}{l}
u_{20}=u_{10} \varphi_{0}, \\
u_{30}=u_{10} \varphi_{0}^{2},
\end{array}
\]

мы получим одно дифференциальное уравнение первого порядка относительно функции $u_{10}$

откуда
\[
\dot{u}_{10} \varphi_{0}+u_{10} \dot{\varphi}_{0}=0,
\]
\[
u_{10}=\frac{1}{\varphi_{0}}=\frac{1}{\sqrt[3]{a(t)}} .
\]

Итак, первые члены разложений решения системы (8.23) мы можем представить в следующем виде:
\[
\begin{array}{l}
x_{1}=\frac{1}{\sqrt[3]{a(t)}} \exp \int_{0}^{t}\left\{\lambda \mu+\lambda^{2 / 3} \sqrt[3]{a(t)}+\lambda^{1 / 3} \frac{b(t)+c(t)}{\sqrt{a(t)}}\right\} d t, \\
x_{2}=\frac{\lambda^{-1 / 3}}{\sqrt[3]{a^{2}(t)}} \exp \int_{0}^{t}\left\{\lambda \mu+\lambda^{2 / 3} \sqrt[3]{a(t)}+\lambda^{1 / 3} \frac{b(t)+c(t)}{\sqrt[3]{a(t)}}\right\} d t, \\
x_{3}=\frac{\lambda^{-2 / 3}}{a(t)} \exp \int_{0}^{t}\left\{\lambda \mu+\lambda^{2 / 3} \sqrt[3]{a(t)}+\lambda^{1 / 3} \frac{b(t)+c(t)}{\sqrt[3]{a(t)}}\right\} d t .
\end{array}
\]

Придавая корню из $a(t)$ все его три возможных значения, мы получим полную систему линейно независимых решений системы (8.23).

Примечание. Формулы (8.26) дают нам только первые члены разложений каждой из функций $x_{i}$. Для того чтобы использовать их для решения конкретных задач (например, задачи Коши или краевой задачи), надо выписать величины $x_{i}$ $(i=1,2,3)$ с одинаковой погрешностью. Если мы условились удерживать члены порядка $\lambda^{-2 / 3}$, то в разложении $x_{1}$ мы должны вычислить три первых члена, в $x_{2}$ – два, а выражение $x_{3}$ записать в том виде, в каком оно дано формулой (8.26).

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru