Научная статья на тему 'К постановке и обоснованию корректности начальной краевой задачи для одного класса нелокальных вырождающихся уравнений гиперболического типа'

К постановке и обоснованию корректности начальной краевой задачи для одного класса нелокальных вырождающихся уравнений гиперболического типа Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
103
44
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГИПЕРБОЛИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ / НЕЛОКАЛЬНЫЙ ОПЕРАТОР / НЕЛОКАЛЬНОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ / ИНВОЛЮТИВНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ / КОРРЕКТНОСТЬ / ИНТЕГРОДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ОПЕРАТОР / ДРОБНАЯ ПРОИЗВОДНАЯ / ДРОБНЫЙ ИНТЕГРАЛ / КРАЕВАЯ ЗАДАЧА / НЕЛОКАЛЬНАЯ КРАЕВАЯ ЗАДАЧА / BOUNDARY VALUE PROBLEM

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Андреев А. А., Огородников Е. Н.

Рассмотрено модельное гиперболическое в полуплоскости $y>0$ переменных $x$ и $y$ дифференциальное уравнение, объединяющее широкий класс уравнений, тип или порядок которых вырождается на линии $y=0$ и содержащее младшие производные с инволютивно преобразованными аргументами. Показано влияние вырождения порядка и присутствия в уравнении определенных младших производных с инволюциями на корректность задачи Коши. Обоснована корректность одного аналога задачи Коши в специальном случае.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Андреев А. А., Огородников Е. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «К постановке и обоснованию корректности начальной краевой задачи для одного класса нелокальных вырождающихся уравнений гиперболического типа»

Выбрав обобщенно-однородную функцию Ляпунова в виде V = y^- + , несложно пока-

зать [8] асимптотическую устойчивость нулевого решения системы (13). Тогда по теореме 1 нулевое решение разностной системы

í xk+1 = xk + yk,

1 yk+1 = yk - xk - xpyk ,

соответствующей (13), будет асимптотически устойчивым.

Рассмотрим возмущенное уравнение Льенара:

x + (xp + xs f (t)) x + xm = 0,

где s — положительное рациональное число с нечетным знаменателем, а функция f (t) определена и непрерывна при t > 0 .

При переходе к соответствующей разностной системе согласно замечанию 4 можно взять h = 1. Получим

[ xk+1 = xk + Ук,

1 (14)

1 Ук+1 = Ук- xm - xpyk- 4 ykf (к )■

Если функция f (t) ограничена при t > 0 , то по теореме 3 для асимптотической устойчивости нулевого решения системы (14) достаточно выполнения неравенства s> p .

Предположим далее, что f (t) = sin t. Тогда к уравнениям (14) можно применить теорему 4.

Получим следующее условие асимптотической устойчивости: s > Р .

Пусть теперь f (t) = sin-v/í. В работе [7] доказано, что в данном случае соответствующая последовательность (8) удовлетворяет предельному соотношению (10) для любого Ре (1/2,1]. Тогда по теореме 5 нулевое решение системы (14) будет асимптотически устойчивым при

s> 3Р.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Зубов В. И. Проблема устойчивости процессов управления. — СПб.: НИИ Химии СПбГУ, 2001.

2. Бромберг П. В. Матричные методы в теории релейного и импульсного регулирования. — М.: Наука, 1967.

3. Деккер К., Вервер Я. Устойчивость методов Рунге-Кутты для жестких нелинейных дифференциальных уравнений. — М.: Мир, 1988.

4. Wisdom J., HolmanM. Symplectic Maps for the N-Body Problem // Astron. J., 1991. — P. 1520-1538.

5. Александров А. Ю., Жабко А. П. Об устойчивости решений нелинейных разностных систем // Изв. вузов. Математика, 2005. — С. 1-10.

6. Зубов В. И. Математические методы исследования систем автоматического регулирования. — Л.: Судпромгиз, 1959.

7. Александров А. Ю., Жабко А. П. Устойчивость разностных систем. — СПб.: НИИ Химии СПбГУ, 2003.

8. БарбашинЕ. А. Функции Ляпунова. — М.: Наука, 1970.

Поступила 7.07.2006г.

УДК 517.956

А. А. Андреев, Е. Н. Огородников

К ПОСТАНОВКЕ И ОБОСНОВАНИЮ КОРРЕКТНОСТИ НАЧАЛЬНОЙ КРАЕВОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ОДНОГО КЛАССА НЕЛОКАЛЬНЫХ ВЫРОЖДАЮЩИХСЯ УРАВНЕНИЙ ГИПЕРБОЛИЧЕСКОГО ТИПА

Рассмотрено модельное гиперболическое в полуплоскости у > 0 переменных X и у дифференциальное уравнение, объединяющее широкий класс уравнений, тип или порядок которых вырождается на линии у = 0 и содержащее младшие производные с инволютивно преобразованными аргументами. Показано влияние вырождения порядка и присутствия в уравнении определенных младших производных с инволюциями на корректность задачи Коши. Обоснована корректность одного аналога задачи Коши в специальном случае.

Понятие нелокального оператора и связанное с ним понятие нелокального дифференциального уравнения появилось в математике сравнительно недавно. В соответствии с определением, приведенным А. М. Нахушевым в его монографии [1], к числу нелокальных дифферен-

циальных уравнений относятся: нагруженные уравнения, уравнения, содержащие дробные производные искомых функций, уравнения с отклоняющимися, в частности с запаздывающими аргументами: иными словами, такие уравнения, в которые неизвестная функция и ее производные входят, вообще говоря, при разных значениях аргументов. В целом такие уравнения можно отнести к классу функционально-дифференциальных уравнений.

Обыкновенные дифференциальные уравнения с отклоняющимся аргументом, в том числе

такие, в которых наряду с искомой функцией и (7) присутствует и (а(/)), где а2(/) ° а(а(/)) = = / — так называемый сдвиг Карлемана [2] или инволютивное отклонение, по-видимому, являются наиболее изученными. Теория дифференциальных уравнений с частными производными, содержащих инволютивно преобразованные аргументы, имеет недавнюю историю. Более подробную историю вопроса, а также библиографию можно найти в работах [3-7].

Под инволютивным преобразованием (отклонением, сдвигом) точек плоскости действительных переменных х , у понимается гомеоморфизм области Ос* 2 на себя, ставящий в соответствие любой точке Р(х, у) еО точку Q (а(х, у);Р(х, у) )еО, причем а(а(х, у);Р(х, у)) = х, Р(а(х,у);Р(х,у)) = у . Отметим, что класс инволютивных преобразований, отображающих

ограниченную область О на себя, весьма узок. В качестве конкретного примера далее используем преобразование а = 1 - х, Р = у .

Рассмотрим уравнение

Ь (и (х, у))+ М (и (1 - х), у) = 0 (1)

с операторами Ь ° у2т + а(х,у)Э- + Ь(х,у)^- + с(х,у) при т > 0 и М ° а1 (х,у)Э- +

Эх Эу Эх Эу Эх

+Ь1 (х, у )эу + с1 (х, у) в характеристической области

1;т+1 ут+1 |

О = -|(х, у):0 <---------------< х < 1---------------, у > 0 I. (2)

— ' 1 т +1 I

Так как Эхи(1 -x,у)=-1°х(1 -хy), Эуи( -ху)=Эу( -x,у) где под Эи(1 -x,у) и

Эи (л \ Эи(х, у) Эи(х, у)

^—(1 - х, у) понимаются соответствующие частные производные —и —^-^, вычисленные

Эу Эх Эу

в точке Q(1 -х;у), то оператор М(и(1 -х,у)) = |^а1 (х,у) Эх + Ь1 (х,у)Эу + с1 (х,у) и(1 -х,у) =

= -а1 (х,у)-Эх(1 -х,у) + Ь1 (х,у)Эу(1 -х,у) + с1 (х,у)и(1 -х,у), а уравнение (1) можно записать в виде

2т Э2и Э2и , ч Эи , , ч Эи , ч

у ТТ + а (х, у )^ + Ь (х, у)—+ с (х, у )и -

Эи Эи

- а1 (х, у ) —(1 - х, у) + Ь1 (х, у) —(1 - х, у) + с1 (х, у )и (1 - х, у ) = 0. (3)

Эх Эу

Рассмотрим уравнение (3) в точке Q(1 -х,у). Замечая, что (1 -х,у) = -'Э-2и(1 -х,у),

Эх Эх

Э-2 (1 - х, у ) = Э°т и (1 - х, у), получим

и (1 - х, у )-

-а1 (1 - х, у ) + Ь1 (1 - х, у ) + с (1 - х, у )и = 0. (4)

Эх Эу

Обозначая V(х,у) = и(1 - х,у) в (3) и (4), для вектор-функции и(х,у) = (и;V)Т получим систему дифференциальных уравнений

2т Э2и Э2и , \Эи , ч Эи , ч

у ТТ -ТТ + А (x, у)^~ + в (x, у)^- + с (х у)и = 0 (5)

Эх2 Эу2 Эх Эу

с матричными коэффициентами

А =

-а (1 - х, у) -а (1 - х, у)

Л /

B =

с (х у ) q (х у)

сі (1 - х, у) с (1 - х, у)

Ь (х у) Ь1 (x, у)

Ь (1 - х, у) Ь (1 - х, у)

\ х Ч х \ х

Известно [8], что если компоненты матриц А(х,у), В(х,у) и С(х,у)удовлетворяют условиям теоремы Проттера [9], то для системы уравнений (5) существует единственное регулярное решение и(х,у)е С(о)п С2(О) задачи Коши с данными на линии параболического вырождения

“ ' ' (6)

lim U(х,у) = т(х), хє [0,1];

у®+0

Г Эи -( , lim — = у(х),

у®+0 Эу

х є

(ОД).

(7)

При дополнительном требовании симметричности этих матричных коэффициентов решение задачи Коши может быть найдено методом Римана [10]. Далее, выделяя первую компоненту

вектор-функции и(х,у) и учитывая, что т(х) = (т(х);т(1 - х))Т, у(х) = ((х);У(1 - х))Т , можно найти решение задачи Коши для исходного уравнения (1) в ее классической постановке:

и(х,0) = т(х), хе [0,1]; (8)

к™ Эи ( х, у )

lim

хє

(0,1).

(9)

у®+0 Эу

Также хорошо известно [10], что входящее в теорему Проттера условие Геллерстедта [11]

lim у1-тА (х, у) = 0 не является необходимым для корректности задачи Коши. В качестве

у®+0

примеров обычно приводятся уравнения L(u) = 0 с оператором Бицадзе-Лыкова [1] L °

2 э^ э^ Э

° у —2 2 + а или с оператором типа Бицадзе-Лыкова [8]:

Эх2 Эу2 Эх

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

L ° у2т -Э________________— + аут-1 —

т у Эх2 Эу2 у Эх'

(10)

Покажем, что для уравнения с оператором (10), возмущенного значениями одноименной младшей производной, вычисленной в точке Q(1 — х; у), задача Коши (8), (9) остается корректной.

В области О, определенной в (2), рассмотрим уравнение

Lm (и) + еут 1 — и(1 -х,у) = 0, а,еє • . Эх

(11)

Так как Э^и (1 - х, у ) = -|х (1 - х, у), то уравнение (11) можно записать следующим обра-

Эх

зом:

2т Э2и Э2и

Эх2 Эу2 Эх Эх

у2т и_и -и_и + аут-1 Эи-еут-1 Эи(1 -х,у) = 0.

(12)

Рассматривая дополнительно уравнение (12) в точке Q (1 - х; у) и обозначая V (х, у ) =

= и(1 - х,у), для вектор-функции и(х,у) = (и;V)Т получим систему дифференциальных уравнений

у2тихх -иуу + ут~1Аих = 0 (13)

л а е 4 -е -а

Ш+1 Ш+1

т+1, h= х + система уравнений (13) при-

с постоянной матрицей А =

В характеристических координатах Х= х -водится к системе уравнений Эйлера-Пуассона-Дарбу (ЭПД) специального вида

(л-Х)и^ +рщ- оич = 0, (14)

с матрицами Р =1 (Е + А), G = 1 (Е - А), где Е — единичная матрица второго порядка.

Матрица Римана для системы уравнений (14) имеет следующий вид [12]:

п-Х

Л-Хо

Л-Хс По-Х

Е (О, Р; Е; і)

где Е (О,Р;Е; і) — гипергеометрическая функция с матричными параметрами [13] и аргумен-

(X X )(л л) О

том і = (—х0)( 0 „) и і — степенная функция с матричным параметром, определяются на

(Л-Х0 Л По-Х)

спектре матриц О и Р известным образом [13, 14].

Обозначая спектры матриц А, О и Р символами Л(А) = {аьа2}, Л(О) = {11,12},

Л(Р) = {т1,Ц2} и учитывая равенство О + Р = 1Е для собственных значений ак, Хк и Цк, получим следующие соотношения: 1к = 4(1 -а^), Мк = 1(1 + а^), причем 1к +тк = ^, к = 1,2.

Используя определение функции на спектре матрицы, в работе [15] выписан явный вид матрицы Римана, а, именно, если 1 , то

я ( П; ^ По ) =

если 11 = 12 = 1, то

п-Х Е << - Ґ и П-Хо

П-Хо 1 1 ьо [%^

' Е ( і ) О -11Е Е ( Мі;1;1 )+т—1—

ґ К. Л1:

П-Хо По-Х

е (12, М2;1; і)

П-Х

П-Хо

П-Хо

По-Х

{ЕЕ (, м;1; 2) +

+ (О-1Е)

1п

П-Хо По-Х

Е (, м;1; г) + е* (, м+;1; г) - Е* (+, ц; 1; г)

где К (а+,Ь;у;7) и К (а,Р+;у;7) — неоднородные (ассоциированные, по другой терминологии) гипергеометрические функции Гаусса [16].

Учитывая вид матрицы А и полагая для определенности а > 0, получим следующие реализации ее спектра:

1) а12 = ±л/а2 -е2 е Я, если а > |е| (а2 -е2 Ф1);

2) а1 = а2 = 0 , если а = е (матрица А — нильпотентна);

7 2 2 II

_ е - а г е С , если а > е .

Случаи а1 = 1, а2 = — 1 (тогда 1 = 0, 12 = 1/2) и а1 = -1, а2 = 1 следует выделить особо. В этих случаях вид матрицы Римана существенно упрощается:

Я ( л; Хо, Ло) = 20 + (Е - 20

\ По-Х ^П-Хо

Применяя метод Римана, в работе [15] для системы уравнений ЭПД (14) найдены решения Задачи Коши (6), (7) при некоторых ограничениях на спектр матрицы А. Используя результаты работы [15], нетрудно выписать решения задачи с условиями (6) и (7) и для системы уравнений (13). Так, например, если Л(А) с (-1,1), решение системы уравнений (11) в матричной форме имеет вид

1 _ 1 _ и(х,у) = В-1 (О,Р)|(1 - і)О-ЕіР-Ех(5) + Н_1 (Р,5)у|(1 - і)-Р і~О)сН,

где 5 = х - ^ (1 - 2/), матрицы В(0, Р) = Г(0)Г(Р)Г-1 (О + Р), Н (Р, 0) = В (Е - Р, Е - О) [13], а В (р, д) и Г( 7) — бета- и гамма-функции соответственно [17].

В частности, при а1 Фа2 в развернутой записи имеем

" 1 _ 1 _ к1 [(1 -/) 1 -1 х(5+ Н1у[(1 -/) тГ1у(5)С/

а1 — а2

и(хУ)=

А -а2 Е

A -a1E

a2 -a1

k2J(l-1) 2 1 tm 11(5)dt + h2yJ(l-1) m1 1 v(s)dt

где к, = в-1 (1,, т), н = н-1 (т,, 1, ) = в-1 (1 -т ,1 -1,), , = 1,2.

Используя явный вид идемпотентов А-а1Е и А-а2Е, легко записать первую компоненту

а2—а! а!—а2

вектора и (х, у) и найти тем самым решение задачи Коши (8), (9) для уравнения (11).

В случае а1 = 1, а2 = -1 решение системы уравнений (13) имеет вид

U(xУ)=

E + A

x +

У

m+1

m +1

У m +

І i

v(s) dt

MT

E - A

x -

У

m+1

m +1

У

m +

1 i

v(s )dt

где s = x -

(1 - 2t), a =

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

m+1 v ' m+1

Выделяя первую компоненту вектора U (x, y), находим

u (x, y) = 11 (1 + a )t

, ,m+1

x +

У

m +1

+ (1 - a )t

,m+1

x -

У

m +1

+ e

/

t

L V

,m+1

1 - x--

m +1

-t

,m+1

1 - x + J

m +1

+2 Д(+а)у(^ )+єу(1 - ^ +2/[і1 - а м* )-єу(1 - 5) -

0 І1 1) 0 1 і

Достаточные условия корректности задачи Коши для уравнения (11) приведены в теореме.

ТЕОРЕМА 1. Если заданные функции т(х),у(х)є С[0,1]пС2(0,1), а2-е2 < 1, то задача

(8), (9) для уравнения (11) в классе функций и (х, у )є С (о)п С1 (Пи(0,1))п С2 (^) корректна по Адамару [10].

Рассмотренный выше пример нелокального вырождающегося гиперболического уравнения является частным случаем модельного уравнения (1) с дифференциальными операторами

Ь = уЬт - Ь , где Ьт определен в формуле (10), и М = еут ^ _ при Ь = о = 0. В общем

случае класс таких уравнений описывается равенством

dt

yLm - b V

Эу

m Э Э

eym------------о—

Эx Эу

((1 -x,у) = 0, b,e,оє • .

(15)

Хорошо известно, что вырождение порядка вносит новый аспект в теорию уравнений и систем уравнений смешанного типа, в частности, в вопрос корректной постановки задачи Коши [18]. Именно, задача с начальным условием (9) на линии вырождения может оказаться не разрешимой, в то время как задача с условием lim к(у)uy (x,y) = v(x) при специальном вы-

у®+0

боре зависимости к = к (у) становится корректной.

В работе авторов этой статьи [19] уравнение (15) было рассмотрено в случае о = 0 . Относительно вектор-функции U (x,у) = (u;v)T , где, как и раньше, v(x,у) = и (1 - х, у), уравнение

Э2и d2u m du , du d

У 2m+1^_2 - у^_2 + aym— - b — + e—u (1 - x, у) = 0

Эx2 Эу2 ' 3x Эу Эx ,У}

(16)

(17)

редуцировалось к системе дифференциальных уравнений

у2т+1ихх -уиуу + утАих -виу = 0

с той же матрицей А, что и в уравнении (13), и матрицей В = ЬЕ, Е — единичная матрица.

Система уравнений (17) в общем случае объединяет довольно широкий класс модельных гиперболических при у > 0 систем уравнений с кратными характеристиками, порядок которых вырождается вдоль линии изменения типа у = 0 и которая в характеристических координатах редуцируется к системе уравнений ЭПД. Указанная система уравнений (17) была предметом исследований авторов этой статьи в целом ряде публикаций в основном в связи с проблемой корректности задачи Коши-Гурса и нелокальными краевыми задачами. Библиографию этих работ можно найти в статье [20].

В отмеченной выше статье [19] для уравнения (16) обоснована корректность задачи Коши с начальным условием

11т уЬиу (х,у) = у(х), хе (0,1) (18)

у®+0

вместо (9).

Следующий пример показывает, каким образом вырождение порядка и наличие младшей производной, вычисленной в инволютивной точке, отражается на постановке задачи Коши. Рассмотрим уравнение (15) при а = е = 0. Получим уравнение

2т+1 Э 2и д2и Эи Э ч

у ^Г2-у^Т - Ь^~ + ^и (1 - х,у) = 0. (19)

Эх Эу Эу Эу

Так как Э-и (1 - х, у ) = Эи (1 - х, у), его можно записать следующим образом:

Эу ^ ’ ' Эу

2т+1 Э2и Э2и , Эи Эи ч

у \г-утг - + °Э-(1 - х, у ) = 0. (20)

Эх2 Эу2 Эу Эу

Рассматривая дополнительно уравнение (20) в точке Q (1 - х; у) и обозначая, как обычно,

V(х,у) = и (1 - х,у), для вектор-функции и(х,у) = (и;у)Т получим систему дифференциальных уравнений

у2т-1ихх - уиуу - виу = 0 (21)

' Ь -оЛ

с матрицей в =

Уравнение (19) и систему уравнений (21) будем изучать в характеристической области

О (2). В характеристических координатах Х= х - —+1 ут+1 ” ' 1 ’,т+1

система уравне-

ний (21)приводится к ЭПД-системе частного вида:

(л-Х)и Хл- О (ил- и х) = о

с матрицей О = 2(т1+1) (В + тЕ), спектр которой Л (О) ={іг-: 1г = ^тТ), Рг є Л(В)}.

В работе [21] для системы дифференциальных уравнений (21) найдены решения задачи Коши в области О с условием (6) и условием

1іт уви (х, у) = у(х) = ((х);У2(х)) , хє (0,1)

у®+0

(22)

вместо условия (7) при различных предположениях относительно спектра Л(В) матрицы В .

( 1 ^

В случае, когда Л (О) с 0,— , а, следовательно, Л(В) с (-т,1), это решение может быть

V 2 у

записано в виде

и (х, у ) = к (О)[(/-/2)-Е ф ) + уЕ-вк (Е - О )(Е - В )-1 [(/-/ 2)~Оу(5 )с0,

где к(О) = В-1 (О,О)°Г(2О) Г-2 (О) [13], 5 = х +--ут+1 (2/-1).

т +1

При любых действительных значениях коэффициентов Ь и о (оф0) матрица В является матрицей простой структуры. Её собственные значения Р1 = Ь + о и Р2 = Ь - о действительны и различны. Для этого случая в работе [21] решение задачи Коши (6), (22) получено в явном виде:

к1 [(/ - /2) х(5 )С/ + К—-[(/ - /2) 1 у(5 )С/

0 1-Ь10

и (x, у ) =

В -Р2 Е

Р1 Р2

В -Р1Е

Р2 Р1

к2/(і - і2 ) 1 + ^2 Т" р 1 (і - і2 ) І2

1 -Ро Л

-Р2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(23)

где к[ = к(1г) = В (1,1), к = к(1 ) = к(1 -1г), і = 1,2.

Рассмотрим подробнее условие (22). Используя определение функциональной матрицы

я = B-b2E Й1 + в-ЬЕ yb2

П lj.ll V *I<JL/ IJ1 -f— I 1Л ■ I TI Kl /1 Г» П Г»| ГI Г» H l rimj Vlliuiun lim - Kl

ß2 -ß1

y“ = R "ß УН1 + ß "R yb2 в случае ß1 Ф ß2 [14] и явный вид идемпотентов b-_Je и в ß1E , легко

ß1 ß2 ß2 R1 ^ L J R1 -ß2

показать, что условие (22) равносильно двум инволютивно взаимосвязанным условиям, а, именно, если v1 (x)=v(x) — заданная функция, то v2 (x) = v(1 -x). Таким образом, в силу условия (22) одновременно существуют пределы

1 lim {yb+s^[u(x,y)-u(1 -x,y)] + yb-s^[u(x,y) + u(1 -x,y)]j = v(x),

2 y®+0 [ dy dy J

1 lim {yb+sA[-u(x,y) + u(1 -x,y)] + yb-s^[u(x,y) + u(1 -x,y)]l = v(1 -i),

2 y®+0 [ dy J dyL JJ

а значит, будут существовать их сумма и разность. Обозначая v(x)-v(1 -x) = m1 (x), v(x) +v(1 -x) = m2 (x), получим

lim yb+°-[u(x,y)-u(1 -x,y)] = m1 (x),

y®+0 dy

lim yb-o_d[u(x,y)+u(1 -x,y)]=m2 (x). y®+0 dy

du

(24)

Вновь учитывая, что dyu (1 - x, y ) = du (1 - x, y ) = uy (1 - x, y), условия (24) можно перезапи-

dy

сать и так:

lim yb+s[uy (x,y)- uy ( - x,y)]=im (x)

y®+0

lim yb s[uy (x, y ) + uy (1 - x, y )] = m2 (x), y®+0 L J

(25)

х е (0,1). Заметим, что условия (25) в таком виде являются нелокальными, ибо они содержат значения производных по у от искомой функции, вычисленные в разных, инволютивно связанных, точках сингулярной части границы характеристической области О.

Выписывая первую компоненту вектора и (х, у) в формуле (23), находим решение начальной задачи с условиями (8) и (25) для дифференциального уравнения (19) в следующем виде:

к(^)J

г 1(5 )-t(1 - ^)

1-ß11

(' -'2)

1-ij

dt+к (1 -^1 )1_г

m (5)

1 -ß1 J0 (t-t2)

dt

1

+ — 2

,1-ß2 1

m2 (5)

к (i2) dt+к (1 -i2 )2^l J-

1 2) J ' 1 ^ -ß2 J (t -12)

dt

(26)

где

1=2mm^, ßie(-m,1), к (ii )=-

i = 1,2; 5 = x + — ym+1

m+1 ^

(2t -1).

2(т+1) ’ у ' г) В(,I,) '

ТЕОРЕМА 2. Пусть х( х), т, (х )е С [0,1]п С2 (0,1), г = 1,2. Тогда регулярное в области О решение уравнения (13) в классе функций и (х, у )е С (о) п С1 (0и(0,1))п С 2 (О), удовлетворяющее начальным условиям (8) и (25) при Ь -о, Ь + ое (-т,1), имеет вид (26). Задача корректна по Адамару.

Анализируя приведенные примеры, можно сделать следующий вывод.

Корректность по Адамару начальных задач для вырождающихся гиперболических операторов, возмущенных младшими производными искомой функции с инволютивно преобразованными аргументами, находится в зависимости и является прямым следствием корректности задачи Коши для соответствующих систем дифференциальных уравнений, к которым редуцируются данные нелокальные дифференциальные уравнения.

Отметим, что при о® 0 решение (25) задачи с условиями (8) и (25) переходит в известное решение задачи Коши для вырождающегося уравнения (19) при о = 0 [10] с условиями (8) и (18).

1. Нахушев А. М. Уравнения математической биологии. — М.: Высш. шк., 1995. — 301 с.

2. Carleman T. Sur la theorie des equations integrales et ses applications // Verhandl. des internat. Mathem. Kongr. — Vol. I. — Zurich, 1932. — P. 138-151.

3. Андреев А. А. О корректности начальных задач для некоторых уравнений в частных производных с отклоняющимся аргументом / В сб.: Уравнения неклассического типа. — Новосибирск: ИМ СОАН СССР, 1986. — С. 10-14.

4. Андреев А. А. О корректности краевых задач для некоторых уравнений в частных производных с карлемановс-ким сдвигом / Дифференциальные уравнения и их приложения: Тр. II международ. семинара. — Самара: Сам. ун-т, 1998. — С. 5-18.

5. Андреев А. А., Огородников Е. Н. О корректности начальных краевых задач для одного гиперболического уравнения с вырождением порядка и инволютивным отклонением // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер.: «Физ.-мат. науки», 2000. — Вып. 9. — С. 32-36.

6. Андреев А. А. Об аналогах классических краевых задач для одного дифференциального уравнения второго порядка с отклоняющимся аргументом // Дифференц. уравнения, 2004. — Т. 40, № 5. — С. 1126-1128.

7. Андреев А. А., Саушкин И. Н. Об аналоге задачи Трикоми для одного модельного уравнения с инволютивным отклонением в бесконечной области // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер.: «Физ.-мат. науки», 2005. — Вып. 34. — С. 10-16.

8. Смирнов М. М. Уравнения смешанного типа. — М.: Высш. шк., 1985. — 304 с.

9. Protter M. N. The Cauchy problem for a hyperbolic second order equation // Can. J. Math., 1954. — Vol. 6. — P. 542-553.

10. БицадзеА. В. Некоторые классы уравнений в частных производных. — М.: Наука, 1981. — 448 с.

11. Gellerstedt S. Sur une equation lineare aux derivees partielles de type mixte // Arkiv. Mat., Asrt. och Fysik, 1937. — No. 29. B. 25A. — P. 1-23.

12. Андреев А. А. О некоторых приложениях ассоциированных гипергеометрических функций // Дифференц. уравнения (математическая физика): Материалы Куйб. обл. межвуз. науч. Совещания-семинара. — № 12. — Куйбышев, 1984. — С. 8-9.

13. Андреев А. А., Огородников Е. Н. Матричные интегродифференциальные операторы и их приминение // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер.: «Физ.-мат. науки», 1999. — Вып. 7. — С. 27-37.

14. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. — М.: Наука, 1967. — 576 с.

15. Андреев А. А., Сеницкий А. Ю. О задаче Коши для системы вырождающихся уравнений типа Лыкова // В сб.: Неклассические дифференциальные уравнения в частных производных. — Новосибирск: ИМ СОАН СССР, 1988. — С. 105-107.

16. Андреев А. А., Килбас А. А. О некоторых ассоциированных гипергеометрических функциях // Изв. вузов. Математика, 1984. — № 12. — С. 3-12.

17. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции: В 3 т. Т.1. Гипергеометрическая функция. Функции Лежандра. — М.: Наука, 1973. — 296 с.

18. Бицадзе А. В. К теории одного класса уравнений смешанного типа // В сб.: Некоторые проблемы математики и механики. — Л.: Наука, Л. отд., 1970. — С. 112-119.

19. Андреев А. А., Огородников Е. Н. О корректности задач Коши-Гурса для гиперболического уравнения с вырождением порядка и инволютивным отклонением в одном специальном случае // Математическое моделирование, статистика и информатика в современном управлении экономикой: Тр. медждународ. конф. — Самара: СамГЭА, 2001. — С. 199-202.

20. Огородников Е. Н. Корректность задачи Коши-Гурса для системы вырождающихся нагруженных гиперболических уравнений в некоторых специальных случаях и ее равносильность задачам с нелокальными краевыми условиями // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер.: «Физ.-мат. науки», 2004. — Вып. 26. — С. 26-38.

21. Андреев А. А. Задача Коши для некоторых вырождающихся гиперболических систем второго и четвертого порядков // В сб.: Дифференц. и интеграл. уравнения. - Куйбышев: КГПИ, 1987. — С. 46-57.

Поступила 9.09.2006 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.