§ 5. Малые колебания и устойчивость
1. Общие критерии.
Если мы рассмотрим "постоянное" движение, такое, что соседний ему движения представляются линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами § 3, (4), то об устойчивости основного движения
можно судить но корням
характеристического уравнения
§ 3, (9). Характер возмущенного движения зависит от начальных условий лишь постольку, поскольку от начальных значений возмущения, т. е. от значений величин
в момент
зависит, какие из постоянных
в решениях § 3, (14), отличны от нуля, и потому какие из затуханий
и частот
действительно входят в решение. Если все входящие
отрицательны, то согласно § 3, (14), все
с возрастанием
стремятся к нулю; то же имеет место, если даже соответствующее
является кратным корнем и приводит к решению вида § 3, (16). Следовательно, основное движение устойчиво относительно всех возмущений, которые приводят к появлению в решениях корней уравнения
с отрицательной вещественной частью. Оно вообще устойчиво, если все корни
имеют отрицательную вещественную часть. Это условие достаточно, но не необходимо; действительно, при исчезающей вещественной части
решения § 3, (14) становятся чисто тригонометрическими функциями времени, и уменьшением возмущения можно произвольно уменьшить коэффициенты
благодаря чему сами
также могут на все время сделаться меньше любой заданной величины. Однако, это уже не имеет места, если решения имеют вид § 3, (16), так как при
выражения вида
увеличиваются до бесконечности при возрастании
Сопоставляя сказанное, мы можем формулировать следующие необходимые и достаточные условия устойчивости основного движения.
Корни уравнения
§ 3, (9) не должны иметь положительной вещественной части. Если вещественная часть равна нулю, то соответствующие корни
должны быть или простыми корнями, или такими
-кратными корнями, для которых определитель
имеет как раз ранг
та.
Частичная устойчивость для определенных возмущений наступает тогда, когда
входящие в решение, выполняют указанные условия.
Важнейшим случаем устойчивости является тот, в котором
есть уравнение Гурвица.