§ 48. Функция соответствия в одном частном случае
Установим функцию соответствия для области отталкивания сложной особой точки при следующих предположениях:
1.
особая точка. В этой точке наряду с другими оканчивается характеристика
и характеристика
касающаяся в О оси
со стороны положительных
2. Характеристика
и положительная часть оси
ограничивают сектор отталкивания
особой точки О. В области, расположенной справа от оси
и выше
нет характеристик, оканчивающихся в О.
3. Если положить
упхп, где
натуральное число, то
стремится к нулю при
стремящемся к нулю по характеристике
Кроме того, для дифференциального уравнения в переменных
точка
будет элементарной особой точкой.
Напишем рассматриваемое дифференциальное уравнение в уже знакомой нам форме (135)
Возьмем на положительной части оси
точку
и на характеристике
точку
так, чтобы на дугах характеристик
которые в совокупности обозначим через
, не было особых точек, отличньс от О. Через точку
проведем дугу 5, например прямую
Через точку
проведем дугу например прямую
Пусть С — характеристика уравнения (141), проходящая через точку
расположенную на дуге
и имеющую абсциссу, равную
Легко доказать (рассуждая так же как в лемме § 46), что если
достаточно мало, то характеристика С, начинающаяся в точке
и следующая в надлежащем направлении, пересечет дугу
в точке
так же достаточно близ кой к
Этот результат также вытекает из работы Бендиксо на (стр. 23). Пусть
длина дуги
определяющей положение точки
Выражение
не может быть тождественным нулем, так как точка О не может быть
дикритической. Среди действительных или мнимых прямых, полученных приравниванием этого выражения к нулю, имеется некоторое число прямых с положительными угловыми коэффициентами.
Пусть
— эти коэффициенты, записанные в порядке убывания. Обозначим через
полупрямые, расположенные со стороны положительных
и имеющие положительные угловые коэффициенты
такие, что
В секторе, заключенном между двумя последовательными прямыми
лежит одна прямая
угловой коэффициент которой удовлетворяет уравнению
Если достаточно мало, то точка
лежит над прямой
и точка
лежит под прямой
Достаточно нарисовать чертеж, чтобы увидеть, что дуга
характеристики С пересекает все прямые
Пусть
есть абсцисса точки
точки пересечения характеристики С с полупрямой
Для нахождения зависимости между параметрами
определяющими положение точек
найдем:
1) зависимость между
2) зависимость между
3) зависимость между
1. Зависимость между
Установим, например, зависимость между
Положим
Согласно сделанным предположениям особая точка
уравнения в переменных
обладают следующими свойствами:
а) уравнение имеет характеристику
б) уравнение не имеет характеристик, расположенных со стороны положительных
и оканчивающихся в точке
Следовательно, имеем случай, разобранный в § 46. Если обозначить через
характеристику уравнения в переменных
и 2, соответствующую характеристике С, то
будут абсциссами точек пересечения характеристики С с прямыми
. На части характеристики
заключенной между этими прямыми, нет других особых точек, отличных от точки
Поэтому в силу § 47 известна зависимость между
и вообще между
2. Зависимость между
Положим
тогда получим уже знакомое уравнение вида (136)
Рассмотрим вначале случай, когда
элементарная особая точка.
Пусть
характеристика уравнения (142), которой соответствует характеристика С уравнения (141). Значения
абсцисс точек пересечения характеристики С с прямыми
определяют положение точек пересечения характеристики
с прямыми
Уравнение (142) имеет две характеристики:
На отрезках этих характеристик, отсекаемых прямыми
есть только одна особая точка
которую будем считать элементарной; тогда известна зависимость между
Чтобы освободиться от предположения, что
есть элементарная особая точка уравнения (142), нужно провести такие же рассуждения, как и, в § 47.
3. Зависимость между
Положим
тогда получим уравнение
имеющее особую точку
Через эту точку проходит характеристика
и дуга характеристики
соответствующая дуге характеристики
уравнения (137). Область, расположенная справа от
и выше
есть область отталкивания. Характеристике С уравнения (141) соответствует характеристика
уравнения (143). Кривая С пересекает прямую
в точке
с абсциссой
и прямую
в точке
такой, что
Эти параметры определяют положение точек пересечения характеристики
с прямыми
в плоскости
Если
будет элементарной особой точкой уравнения (143), то зависимость между
определяется непосредственно. Действительно, на кривой, образованной отрезком оси
заключенным между прямыми
и дугой характеристики
заключенной между
нет особых точек, отличных от
Предположим теперь, что
не будет элементарной особой точкой. Уравнение (143) удовлетворяет всем свойствам, перечисленным вначале § 47, нужно только заменить
на
на
на
Следовательно, к уравнению (143) применимы рассуждения, относящиеся к уравнению (141). Обозначим через
число, играющее для уравнения (143) такую же роль, как
в (141), и получим зависимость между точками пересечения С с прямыми
Продолжив такие замены далее, положим, наконец,
обозначив
характеристику, которая в плоскости
соответствует характеристике С, найдем зависимость между абсциссами точек пересечения характеристики
с прямыми
Из этой зависимости найдем соотношения, связывающие точки пересечения характеристики С с последовательностью кривых
в плоскости
Когда после замен придем к уравнению в переменных
причем, по предположению, для этого уравнения точка
будет элементарной особой точкой, получим зависимость между абсциссой точки пересечения С с кривой
и параметром у, определяющим положение точки пересечения С с прямой
Заключение. Зависимость между значениями
определяющими положение точек пересечения характеристики с двумя прямыми
получается в результате использования соотношений, установленных в п.п. 1, 2, 3. Эти соотношения имеют такую же форму, как та, которая встречается при рассмотрении характеристик, проходящих в окрестности элементарных особых точек. Таким образом, приходим к заключению, что прохождение характеристики в окрестности рассматриваемой особой точки эквивалентно с точки зрения функции соответствия прохождению характеристики последовательно в окрестности некоторого числа элементарных особых точек.
Замечание. Установлена функция соответствия между точками пересечения характеристики С с прямыми
Однако эта функция будет абсолютно той же самой, если прямую
заменить кривой
определяемой уравнением
и пересекающей ось
в такой точке, что на части оси
заключенной между
нет особых точек