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
Данный параграф носит вспомогательный характер. Мы исследуем здесь свойства матрицы перехода $T(x, y, \lambda)$ на всей оси — $\infty<x, y<\infty$, считая, что $\psi(x), \bar{\psi}(x)$ убывают при $|x| \rightarrow \infty$. Более точно, мы будем предполагать, что эти функции абсолютно интегрируемы на $\mathbb{R}^{1}$, т. е. $\psi(x)$ принадлежит $L_{1}(-\infty, \infty)$. Для матрицы $U_{0}(x)$ это означает, что В дальнейшем пространство всех $2 \times 2$ матриц-функций, удовлетворяющих условию (5.1), будем обозначать через $L_{1}{ }^{(2 \times 2)}(-\infty, \infty)$. Антидиагональная матрица $U_{0}(x)$ является специальным элементом $L_{1}{ }^{(2 \times 2)}(-\infty, \infty)$. При сделанном предположении мы докажем, что при вещественных $\lambda$ существуют пределы где матрица $E(x, \lambda)$ введена в § 3 , и исследуем свойства матриц $T_{ \pm}(x, \lambda)$, в частности, получим их асимптотики при больших $x$ и $\lambda$. Для доказательства будем использовать интегральные представления (3.32) и (3.33). Рассмотрим для определенности случай $y \rightarrow-\infty$ и перепишем (3.32) в виде Покажем, что ядро Г абсолютно интегрируемо на интервале $2 y-x \leqslant z \leqslant x$ равномерно по $y$. Для этого рассмотрим функцию Интегрируя уравнение (3.34) по $z$ в указанном интервале и меняя порядок интегрирования, получаем неравенство Итерируя это неравенство, получаем оценку Покажем теперь, что существует предел где $\Gamma_{-}(x, z)$ при фиксированном $x$ принадлежит $L_{1}(-\infty, x)$ и сходимость понимается в смысле $L_{1}$. Для этого достаточно доказать, что представление получающееся из (3.34) формальным пегеходом к пределу при $y \rightarrow-\infty$, определяет функцию из $L_{1}^{(2 \times 2)}(-\infty, x)$. Последнее сра- зу следует из оценки (5.6): Теперь используя (5.7), получаем, что предел (5.2) при $y \rightarrow-\infty$ действительно существует, и для $T_{-}(x, \lambda)$ имеем интегральное представление Аналогичным образом доказывается существование предела (5.2) при $y \rightarrow+\infty$. При этом следует воспользоваться представлением (3.33). Вспоминая, что получаем, что предел существует и имеет место интегральное представление Ядро $\tilde{\Gamma}_{+}$дается формулой и удовлетворяет оценке Нетрудно получить интегральное представление и для самой матрицы $T_{+}(x, \lambda)$. Для этого заметим, что вместе с $T(x, y, \lambda)$ и $E(x, \lambda)$ матрица $T_{+}(x, \lambda)$ также унимодулярна. Используя общую формулу справедливую для любой унимодулярной матрицы $2 \times 2$ и связывающую обратную матрицу $A^{-1}$ с транспонированной $A^{\tau}$, получаем для $T_{+}(x, \lambda)$ интегральное представление Свойство инволюции (3.39) естественно переносится на матрицы $\Gamma_{ \pm}(x, z)$ : и на матрицы $T_{ \pm}(x, \lambda)$ : В частности, для $\Gamma_{z:}$ имеем представления Қак и матрица $T(x, y, \lambda)$, матрицы $T_{ \pm}(x, \lambda)$ удовлетворяют дифференциальному уравнению Роль начальных условий для них играют асимптотики которые немедленно следуют из (5.10), (5.16) и оценок (5.9), (5.14). Здесь уместно сказать несколько слов о связи вышеизложенного с теорией рассеяния. Поскольку спектральный параметр $\lambda$ входит в уравнение (5.21) линейно, его после умножения на $i \sigma_{\text {, }}$ слева можно привести к традицнонному виду задачи на собст венные значения для матричного дифференциального оператора первого порядка Этот оператор формально самосопряжен при $x>0$. Спектральная задача для оператора $\mathscr{L}$ _о стабилизирующимися при $|x| \rightarrow \infty$ коэффициентами $\psi(x), \bar{\psi}(x)$ и является предметом теории рассеяния. В частности, решения $T_{ \pm}(x, \lambda)$ играют в ней большую роль и носят название решений Иоста. Перейдем теперь к изучению аналитических свойств матричных элементов решений $T_{ \pm}(x, \lambda)$ как функций $\lambda$ при фиксированном $x$. Напомним, что матрица $T(x, y, \lambda)$ была целой функцией $\hat{\lambda}$. Однако, поскольку в определении $T_{ \pm}(x, \lambda)$ участвует предельный переход, матрицы $T_{ \pm}(x, \lambda)$ таковыми, вообще говоря,не являются. В то же время из интегральных представлений (5.10) и (5.16) и абсолютной суммируемости ядер $\Gamma_{ \pm}(x, z)$ по $z$ следует, что первый столбец матрицы $T_{-}(x, \lambda)$ и второй столбец матрицы $T_{+}(x, \lambda)$ аналитически продолжаются в верхнюю полуплоскость переменной $\lambda$, а первый столбец матрицы $T_{+}(x, \lambda)$ и второй столбец матрищы $T_{-}(x, \lambda)$ аналитически продолжаются в нижнюю полуплоскость. Действительно, при указанных $\lambda$ экспоненты вида $\exp \{ \pm i \lambda x / 2\}$, участвующие в интегральных представлениях (5.10) и (5.16), убывают, когда переменная интегрирования $z$ уходит на $+\infty$ или $-\infty$ соответственно. Введем для упомянутых столбцов специальные обозначения $\left.T_{ \pm}^{(1,2}\right)(x, \lambda)$, так что Из интегральных представлений и леммы Римана — Лебега следует, что при фиксированном $x$ имеют место следуюшие асимптотики: и Свойство инволюции переносится и на комплексные $\lambda$ и принимает вид где $\operatorname{Im} \lambda \geqslant 0$ и где $\operatorname{Im} \lambda \leqslant 0$ и $\tilde{\sigma}=\sigma_{1}$ при $x>0, \sigma=i \sigma_{2}$ при $x<0$. Для использования в дальнейшем нам понадобятся формулы, связывающие ядра $\Gamma_{ \pm}(x, z)$ на диагонали $z=x$ с матрицей $U_{0}(x)$ : и Для доказательства (5.32) достаточно заметить, что из интегрального уравнения (3.34) следует равенство так что из (5.8) получаем Поскольку диагональная матрица $U_{0}^{2}(s)$ коммутирует с $\sigma_{3}$, отсюда получаем (5.32). Формула (5.33) доказывается аналогично. Заканчивая обсуждение свойств решений Йоста, упомянем, что более традиционный для теории рассеяния метод их исследования основан на интегральных уравнениях и которые получаются при вещественных $\lambda$ предельным переходом при $y \rightarrow \pm \infty$ из уравнений (3.26) и (3.27). Использованный нами способ более предпочтителен, поскольку в интегральных представлениях (5.10) и (5.16) вся зависимость от $\lambda$ локализована в элементарных функциях $\exp \{ \pm i \lambda x / 2\}$. Введем теперь аналог матрицы $T_{L}(\lambda)$ — приведенную матрицу монодромии. ІІри вещественных $\lambda$ она определяется следующим образом: Для доказательства существования предела (5.38) заметим, что матрицу перехода можно представить в виде так как правые части в (5.39) удовлетворяют как дифференциальному уравнению (3.5), так и начальному условию (3.6). Из (5.39) видно, что матрица $T_{+}^{-1}(x, \lambda) T_{-}(x, \lambda)$ не зависит от $x$. Покажем, что она совпадает с пределом (5.38). Действительно, положим откуда Подставляя (5.41) в (5.39), получаем, что Отсюда на основании граничных условий (5.22) заключаем, что предел (5.38) существует и совпадает с выражением (5.40). Положив в (5.38) $x=L$ и $y=-L$, получаем частный случай этой формулы: Средний множитель $T(L,-L, \lambda)$ в правой части можно интерпретировать как матрицу монодромии $T_{L}(\lambda)$ периодической задачи с функциями $\dot{\psi}(x), \bar{\psi}(x)$, продолженными с интервала $(-L, L)$ периодическим образом (допуская разрывы). В этом смысле говорят, что матрицу $T(\lambda)$ можно рассматривать как периодическую матрицу монодромин $T_{L}(\lambda)$ в пределе бесконечного периода $L \rightarrow \infty$, сокращенную на тривиальные осциллирующие множители. Для приведенной матрицы монодромии $T(\lambda)$, как и для мат рицы $T_{L}(\lambda)$, выполняется свойство инволюции так что она представляется в виде За функциями $a(\lambda)$ и $b(\lambda)$ мы сохраним название коэффициентов перехода. Они удовлетворяют соотношению нормировки В терминах коэффициентов перехода предельное соотношение (5.43) вместе с его интерпретацией переписывается в виде Более тонкие свойства этих коэффициентов будут исследованы в следующем параграфе.
|
1 |
Оглавление
|