Научная статья на тему 'Обобщенная нормальная форма двумерных систем ОДУ с линейно-квадратичной невозмущенной частью'

Обобщенная нормальная форма двумерных систем ОДУ с линейно-квадратичной невозмущенной частью Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
102
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Басов В. В., Федотов А. А.

Обсуждаются различные определения нормальных форм для систем ОДУ. Вопросы формальной эквивалентности и понятие обобщенной нормальной формы для систем с нулевыми характеристическими числами излагаются в терминах резонансных уравнений. Предложенный метод применяется к двумерным системам, первое уравнение которых начинается с линейных членов, а второе-с квадратичных

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

Generalized normal forms for two-dimensional systems of ordinary differential equations with linear and quadratic unperturbed parts

Various definitions of normal forms for systems of ordinary differential equations are discussed. We treat the notion of a generalized normal form and the problem of the formal equivalency of systems of differential equations in terms of resonant equations. The method of resonant equations is applied for two-dimensional systems whose unperturbed parts a linear in the first equation and quadratic in the another one

Текст научной работы на тему «Обобщенная нормальная форма двумерных систем ОДУ с линейно-квадратичной невозмущенной частью»

В. В. Басов, А. А. Федотов

ОБОБЩЕННАЯ НОРМАЛЬНАЯ ФОРМА

ДВУМЕРНЫХ СИСТЕМ ОДУ С ЛИНЕЙНО-КВАДРАТИЧНОЙ НЕВОЗМУЩЕННОЙ ЧАСТЬЮ*

Введение

Одним из основных методов локальной качественной теории обыкновенных дифференциальных уравнений является метод нормальных форм, в рамках которого формальные или аналитические автономные системы в окрестности особой точки приводятся формальными, а если удается, то и аналитическими обратимыми заменами, к различным более простым системам, называемым нормальными формами (НФ).

В зависимости от наличия или отсутствия ненулевых собственных чисел у матрицы линейной части нормальные формы разделяются на резонансные или обобщенные.

Теория резонансных нормальных форм (РНФ) или нормальных форм Пуакаре, включая промежуточные и вторичные НФ, окончательно сформировалась к семидесятым годам прошлого века. Помимо сравнительно простой, благодаря жесткой структуре НФ, формальной теории, она включает в себя аналитическую теорию, посвященную вопросам сходимости и расходимости нормализующих преобразований.

Теория обобщенных нормальных форм (ОНФ), но только формальная, поскольку в ней нельзя рассчитывать на сходимость нормализующих замен, продолжает активно развиваться и в настоящее время.

Существует много различных определений ОНФ, зависящих как от выбора в исходной системе членов младших порядков, используемых для ее нормализации, так и от требуемой степени упрощения системы. Далеко не все определения являются конструктивными и требуются серьезные усилия с привлечением элементов функционального анализа, алгебр и групп Ли для доказательства их корректности, установления числа членов каждого порядка, сохраняющихся после нормализации, а также самого вида ОНФ, особенно, если она задает максимальное упрощение системы. Например (см. [1]), ренормальная форма Гаэты определена некорректно, т. е. не каждая система может быть к ней сведена, а нетривиальный пример полной нормальной формы Белицкого появился через двадцать лет после определения этой НФ.

Дополнительные практические трудности связаны с отсутствием у ОНФ жесткой структуры, поскольку порядки не поддающихся аннулированию членов в ней не фиксированы, как у РНФ, а могут выбираться из довольно обширных множеств.

Имеющаяся теоретическая база не позволяет указать все ОНФ для различных классов систем. Поэтому остается невыясненным практический вопрос о возможности аннулировать те или иные члены исходной системы.

В первой части предлагаемой работы после обзора и обсуждение различных НФ (§ 1) описывается разработанный ранее первым из авторов конструктивный метод, основанный на построении в явном виде резонансных уравнений, позволяющих указывать структуры систем, формально эквивалентных исходным, и все ОНФ, к которым исходную систему можно свести (§2).

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №05-01-01060).

© В. В. Басов, А. А. Федотов, 2007

Во второй части работы метод резонансных уравнений применяется к системе

Х = Д(жьж2)+ Х*(Ж1,Ж2) (г = 1,2), (1)

где нулевое приближение (Р1, Р2) имеет линейно-квадратичный вид, а возмущение (XI, Х2) образуют формальные ряды, начинающиеся с более высокого порядка, т. е.

Р1 = Я1Ж1 + С1Х2 ф 0, Р2 = 02x1 + 262Ж1Ж2 + С2х2 ф 0, Xi = ^Г+Р2=т х(р1’р2)хр1 хр2.

В § 3 множество полиномов Pi разбивается на три семейства. Полиномы из первых двух семейств линейными неособыми заменами сводятся к своим каноническим формам — линейно-квадратичным невыродженным квазиоднородным многочленам с определенными весами, нормированными коэффициентами и нулевыми характеристическими числами. Третье семейсво составляют полиномы, недопускающие подобного сведения. В §4 для системы (1) с первой из выделенных канонических форм в нулевом приближении в явном виде выписываются резонансные уравнения и приводятся все ОНФ, к которым исходная система может быть сведена обратимой формальной заменой переменных. В §§ 5, 6 те же проблемы решаются для системы (1) сначала со второй канонической формой, а затем с нулевым приближением из третьего семейства — ква-зиоднородным многочленом, не имеющим линейно-квадратичной структуры.

§ 1. Нормальные формы систем

Пусть формальная или аналитическая в нуле система

± = УX(к)(х) (т е N X(т)(ж) ф 0), (2)

*—^к=т

где Ж = (Ж1,...,х„), X(к) = (х(fc),...,хnfc)), х(fc) = £р: 1р1=к X(p)жp (г = 1,...п), р =

(р1,... р„), Pi е Z+, |р| = р1 + ... + р„, хр = Ж?1 .. .хПп, заменой

Ж = 5у + ЕГ2 ^(к)(у) (det 5 = 0), (3)

' * к=2

где векторные полиномы Л.(к) аналогичны X(к), сводится к системе

у = ЕГ у(к)(у). (4)

*—^к=т

Говорят, что системы (2) и (4) формально эквивалентны. Они будут аналитически эквивалентны, если система (2) и замена (3) — аналитические. Аналитическая теория нормальных форм в рамках этой статьи обсуждаться не будет.

Метод нормальных форм заключается в получении из системы (2) при помощи различных замен (3) более простых систем (4), которые и будут называться нормальными формами исходной системы (2).

Существует много определений нормальной формы. Они зависят от вида векторного однородного полинома X(т)(х) системы (2), который будем называть нулевым приближением, а также от степени упрощения ее возмущения — ряда Г=т+1 X(к)(х).

Процесс нормализации системы (2) начинается с обязательного упрощения ее нулевого приближения при помощи линейной неособой замены ж = 5у и получения канонической формы нулевого приближения. После этого упрощение всех порядков возмущения, основанное на использовании выделенной канонической формы, осуществляется почти тождественной формальной заменой вида (3) х = у + 5^Г=2 ^(к)(у). В результате получается одна из разновидностей нормальной формы.

Как правило, бывает возможна дополнительная нормализация системы, основанная на использовании все более высоких и уже нормализованных порядков возмущения в качестве новых нулевых приближений. Эта возможность связана с тем, что нормальная форма, построенная по исходному нулевому приближению, редко бывает единственной, так как часть коэффициентов замены (3) остается свободной. Именно эти коэффициенты используются в ходе последующих нормализаций для обращения в нуль дополнительных членов возмущения во все более высоких порядках.

Перейдем к рассмотрению различных типов нормальных форм, в зависимости от вида нулевого приближения системы (2) делящихся на резонансные и обобщенные.

Теория резонансных нормальных форм применяется к системам, у которых т = 1, т. е. X(1) = Ах, и Ь = diag {А1,...,Ап} = 0, где А1,..., Ап — собственные числа А.

Хорошо известно, что при т =1 нормализация линейной части системы (2) заключается в приведение матрицы А линейной неособой заменой к жордановой форме J = Ь+^, где Z — это матрица, у которой могут быть отличны от нуля только элементы первой поддиагонали. После такого приведения каноническим нулевым приближением следует считать вектор Ьх, а слагаемое Zж следует отнести к возмущению.

Систему (4) вида

у = Ьу +^у + У (у)) (Ь = 0, У = ]Т Г=2 У (к)(у)) (5)

назовем нормальной формой или резонансной нормальной формой, если V* = 1, п, Ук~^ 2, Ур : |р| = к, £;,р = (р, А) — Аi = 0 ^ У;(р) = 0. Все объекты с идексами г,р, для которых £;,р = 0, назовем резонансными, а остальные — нерезонансными.

Уравнения ^1рЛ.(р) + У;(р) = У;(р) связывают коэффициенты систем (2), (5) и замены (3), причем справа в них стоят уже известные величины. Поэтому нерезонансные коэф-( р)

фициенты У/ произвольны и могут, в частности, выбираться нулевыми, а резонансные

коэффициенты фиксированы: у/р) = У/р), А. М. Ляпунов называл их вековыми члена-

(р)

ми. При этом резонансные коэффициенты не имеют ограничений.

Таким образом, резонансная НФ имеет жесткую структуру, т. е. для каждого однородного полинома Xi(k)(ж) однозначно определены степени слагаемых, которые не могут быть с гарантией обращены в нуль в процессе нормализации.

Резонансные НФ встречались уже в работах А. Пуанкаре и А. М. Ляпунова, но законченная теория РНФ, включающая все вопросы, связанные со сходимостью или расходимостью нормализующих преобразований, была представлена А. Д. Брюно [2].

Следует отметить, что сходимость нормализующей замены к линейной НФ при наличии малых знаменателей была доказана В. А. Плиссом [3]. Примененный в ней метод ускоренной сходимости Ньютона, значительно более тонкий, чем метод мажорант, дал новый импульс для развитии аналитической теории нормальных форм.

С дальнейшим упрощением НФ, использующим оставшиеся свободными резонансные коэффициенты замены и первые ненулевые нормализованные члены возмущения, которое А. Д. Брюно назвал вторичной нормализацией, можно ознакомиться в [4].

Особенно наглядно достоинства вторичной нормализации можно продемостриро-вать в алгебраическом случае вещественного негрубого фокуса, когда НФ у1 = у1(гв + £“Р0 Ъеу(г+1’г\У1У2у + Ег°1до 1т У1(г+1'г)(утГ) С 11еУСР0+1,Р0) =а^0и(у2 = у1)

сводится к НФ ^1 = £1 (гв + а(^1г2)р° + а(г1г2)2р° + Х^= д°1тУ1(г+1,г)(г1г2)г), задающей все формальные инварианты исходной системы.

Определение нормальной формы можно не только усиливать, но и ослаблять. При решении практических задач бывает достаточно только частично упростить исходную систему, сведя ее к какой либо промежуточной НФ. В разное время в работах различных авторов появились нормальная форма на инвариантной поверхности, пожалуй, наиболее востребованная, полунормальная форма, псевдонормальная форма, квази-нормальная форма. Их определения и библиографию можно найти в [2, 5].

Возвращаясь к резонансным НФ, следует иметь в виду, что чем больше нулевых собственных чисел имеет матрица L, тем меньше имеется нерезонансных слагаемых, которые можно аннулировать в ходе нормализации. Поэтому любая система (5) с L = 0 по определению является РНФ и для ее упрощения надо развивать и использовать новую теорию — теорию обобщенных нормальных форм.

В дальнейшем будем предполагать, что все собственные числа матрицы линейной части системы (2) равны нулю, а значит, при т =1 полином X(1) = Zx. Любые нормальные формы в этом случае будем называть обобщенными нормальными формами. Некоторые из ОНФ имеют свои названия.

Систему (5), в которой L = 0, Z = 0, назовем ОНФ Белицкого (см. [6,1]), если (dY(y)/dy)Zy = ZY(y). Система yi = y2 + У1 Е£= afcyf, У2 = Efc=1(bfcУ1 + afcy2)yk является двумерной ОНФ Белицкого.

Отметим, что ОНФ Белицкого, как и ряд других ОНФ, можно определять и для систем с L = 0. Тем самым нормализация исходной системы означает сведение ее к РНФ с одновременным проведением некой частичной вторичной нормализации. Так система (5) является НФ Белицкого, если (dY(y)/dy) JTy = JTY(y) (J = L + Z).

НФ Белицкого имеет ряд очевидных недостатков: предложенное определение НФ не до конца использует возможности нулевого приближения Zx, т. е. с помощью Z можно аннулировать еще многие члены возмущения; многочлен Zx имеет нулевые компоненты, что мешает более полной нормализации; полученную НФ Белицкого можно дополнительно упрощать и возможно многократно, каждый раз используя уже нормализованные члены возмущения все более высокого порядка.

Последующие определения ОНФ в той или иной степени избавлены от перечисленных недостатков. С. Ушики [7] разработал метод ранжирующих функций (grading functions), в частности, позволяющий включать в нулевое приближение члены различных порядков. Появились специальная НФ Байдера ([8]), последовательно определяемые ОНФ любого натурального порядка Байдера и Сандерса ([9,10]), включая НФ бесконечного порядка, которая уже не может быть упрощена. Прямое определение неупро-щаемой НФ дал Г. Р. Белицкий в [11] и неудачно это сделал Г. Гаета в [12].

Для определения полной НФ Белицкого в системе (4) введем Y(k) = ^Y(j) (y), образуем оператор Y(k)(H) = (dV(k)/dy)H - (dH/dy)V(k) и сопряженный оператор Ad,Y^k\H) = {Yh=i ViYik\d / dy)Hi}™=l - (dY (fc) (д j ду) j ду)т H (H — многочлен).

Система (4) —полная НФ Белицкого, если AdY(k-1)(Y(k)) = AdY(k-1)(V(k-1)), где k = т + 1, т + 2,..., а V(k-1) (y) — некие векторные неоднородные многочлены.

Поскольку осуществление любой вторичной и в том числе полной нормализации сопряжено с большими техническими трудностями, а дает, вообще говоря, незначительный эффект по сравнению с первичной нормализацией системы, при решении практических вопросов использование ОНФ первого порядка представляется оптимальным.

Пусть правая часть системы (4) при помощи подходящей линейной ранжирующей функции J, определяемой равенством £(т*уг) = Jj=1 aj j — aj (aj G N, j G Z+), пе-реразложена в сумму форм YG H&, где H —линейное пространство мономов из

£-і(к) (к ^ к ^ 1). Для всякого к Є N определим линейный оператор Ь : Н ^ Н^+к следующим образом: Ьк(Р) = [Р, X[к]], где Р(у) Є Нк, [., . ] — скобка Ли.

Система (4) — ОНФ первого порядка, если Ук ^ к +1 У[к] Є Нк/Іт Ьк-к. Подробнее о РНФ, нормальных формах Белицкого и Гаеты можно прочитать в [1], а теория ОНФ порядка к (к =1, 2,..., то) удачно изложена в [10]. В [10] приведен также пример ОНФ первого порядка для систем с нулевым приближением вида (19) (см. §3) и доказано, что полученная НФ не допускает дальнейших упрощений.

В [13] предложен метод резонансных уравнений, использование которого позволяет, во-первых, указать структуры всех систем, формально эквивалентных исходной, во-вторых, привести все ОНФ, отвечающие выбранному нулевому приближению — квази-однородному многочлену с определенными степенью и весом и ненулевыми компонентами. Фактически, конструктивно получаемые ОНФ являются ОНФ первого порядка, но определяются они не операторно, а через матричные представления, и использование вычисленных в явном виде резонансных уравнений для каждого обобщенного порядка возмущения позволяет не фиксировать базис в пространстве Н/ Іт Ь^-к, тем самым, находя не одну, а все возможные ОНФ.

§ 2. Метод резонансных уравнений

Опишем введенный в [13, ч. 1] метод резонансных уравнений для двумерного случая. Многочлен Q = (ді(жі, хі), ^2(хі, Ж2)) назовем квазиоднородным многочленом или формой степени к с весом 7 = (71, 72) и обозначим Q^)к], где к, 71, 72 —взаимно простые натуральные числа, если Q невырожден, т. е. Qi(жl,жl) ф 0, и обобщенный порядок 9і7і + 9272 каждого слагаемого ж|2 из Qi равен к + 7*.

После выбора к, 7 любой степенной ряд ^(г) = Е^1+Р2=і ^(р1,р2)гр1 г^2, в котором ^(р1>р2) = о при (р, 7) < к + 7*, можно переразложить по обобщенным порядкам: ^ =

Е^к ^(^ гдЄ ^ = Е(9,т) = й+7. ^171’9272]гГ 42 — форма степени к с весом 7. В

частности, однородный полином порядка к +1 — это форма степени к с весом (1,1). Исходную двумерную систему

ж = Р.Ц(ж)+ Хі(х) (і = 1,2), (6)

где Хі = Е&=к+і Х^к|(х), произвольной обратимой формальной заменой

Ж = Уі + ^(у), (7)

где ^ = Е ^=і ^^г]і(у), преобразуем систему того же вида

Уі = Р-ІКІ(у) + Уі(у) (і = 1,2). (8)

Дифференцируя замену (7) в силу систем (6), (8) и выделяя в і-м уравнении члены

обобщенного порядка к + 7^ в которых опущен индекс 7, получаем систему

((^Г-к]/ду)р[к](у) - (дР]к](у)/ду)^-к]) = У^ ](у) (к > к + 1), (9)

где У^к] = У^к](у) — Уі[к](у), а форма У^к] уже известна, так как содержит только формы УМ, ЛІя-к] и XМ с к +1 ^ в ^ к — 1.

Пусть к^ — число различных решений Ц уравнения (ц, 7) = к + 7^

Расположив векторы ql в лексикографическом порядке, поставим форме Z[к] во взаимно однозначное соответствие вектор ее коэффициентов ZІfc} = ^{к}^2^) размерности |к71 = к^ + к^ и запишем линейную систему (9) в матричном виде

Ак(РМ)^-К} = У*{к} - У*{к} (к > к + 1), (10)

где Ак = Ак (Р-|к]) — постоянная |к71 х |(к — к)71 матрица.

Пусть пй = |к71 — гй, где гй = |(к — к)71 — к0 —ранг Ак (к0 > 0).

Очевидно, что для всякого к > к после фиксации к0 свободных коэффициентов

формы ^[к-к] условия совместности системы (10) можно записать в виде линейно

[к]

независимых линейных уравнений, связывающих коэффициенты форм Уу :

(с4?, У*к^) = с (м = 1, гг*, к^к+1), (11)

в которых а^} —постоянные векторы размерности |к71, определяемые формой Р7к], а с = (а^? ,У*{к}) —известные константы. Уравнения (11) назовем резонансными.

Коэффициенты У*^ (1 ^ ^ |к71) системы (8), входящие хотя бы в одно из уравне-

ний (11) с ненулевым множителем, назовем резонансными, остальные — нерезонансными. Набор из пк коэффициентов У*{к} —резонансный, если ёе^а^- }^кт=1) = 0. Не

имеющие ограничений к0 коэффициентов Л.{к к} замены (7) —резонансные.

В результате для того, чтобы система (8) была формально эквивалентна исходной системе (6), достаточно в каждой форме У[к] системы (8) должным образом зафиксировать пк коэффициентов из любого резонансного набора, а остальные коэффициенты можно выбирать произвольным образом.

Систему (8) будем называть обобщенной нормальной формой или НФ первого порядка, если при любом к > к все коэффициенты формы У[к] равны нулю, за исключением коэффициентов из какого-либо резонансного набора, которые произвольны.

Система (8) является ОНФ системы (6), если все ее нерезонансные коэффициенты равны нулю, а среди резонансных отлично от нуля не более чем п^ коэффициентов любого резонансного набора, однозначно определяемых из резонансных уравнений (11).

Таким образом, знание резонансных уравнеий снимает все вопросы о структуре ОНФ и существовании нормализующей замены, стоящие весьма актуально при операторных определениях ОНФ. Конечно, нахождение в явном виде резонансных уравнений (11) или хотя бы оценка получаемых по рекуррентным формулам компонент всех векторов а^} встречает большие технические трудности, резко возрастающие по мере увеличения размерности системы, числа слагаемых в форме, а также к и 7.

Предложенным методом уже исследованы двумерные системы, имеющие в нулевых приближених следующие формы: линейно-кубическую каноническую форму (—Ж2,ж1) в [13, ч. 2], кубическую каноническую форму (—ж2,ж!) в [14], десять из семнадцати каноноческих квадратичных форм в [15-17].

В настоящей работе исследуются системы с обеими линейно-квадратичными каноническими формами (х2, Ж1Ж2), (ж2,ж2) и с квадратично-кубической формой (—ж2,ж2).

В заключение заметим, что если в системе (6) взять вырожденное нулевое приближение Р(1]1) = (х2, 0), то легко построить резонансные уравнения, которым должны удовлетворять коэффициенты однородных полиномов (к ^ 2) системы (8):

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

ку(к>°) + у2(к 1>1) = с, у2(к>0) = с, причем в замене (7) коэффициенты Л.(0,2) не имеют ограничений. Поэтому все ОНФ имеют вид

к % ^ГС к

, , у/2 = > (6ку 1 + (1 — ай)ейу2)у 1 (^к € {0, 1}),

к= 1 -^к= 1

значительно более простой, чем у нормальной формы Белицкого, приведенной в §2.

§ 3. Выделение квазиоднородного многочлена

Прежде чем приступить к поиску резонансных уравнений и обобщенных нормальных форм для системы (1) необходимо, во-первых, установить все виды форм, имеющих линейно-квадратичную структуру, и условия, при которых линейно-квадратичное нулевое приближение системы может быть преобразовано в линейно-квадратичную форму, во-вторых, установить, когда исходная система (1) может быть сведена линейной обратимой заменой к какой-либо системе с линейно-квадратичной формой в нулевом приближении, и, в-третьих, следует обсудить системы, получаемые из системы (1), у которых в нулевом приближении формы теряют линейно-квадратичный вид.

10. Рассмотрим систему

у» = Д(у)+ У*(у) (Р Ф 0, г = 1,2), (12)

где Р1(у) = С1 у 1 + С1 У2, ^2 (у) = «2У 2 + 2р2у 1 У2 + С2У2, У* (у) = Е^+Р2=*+ 1 У*(р1,р2)ур1 ур2.

По определению векторный полином Р(у) будет являться формой степени к с весом 7 = (71, 72), если для каждого слагаемого ту®1 у|2, входящего в Р*,

к + 7* = ql7l + q272 (ql + q2 = г). (13)

Поэтому Р1 и /'2 должны иметь по одному члену, иначе ^1 — q1 )71 = ^2 — q2)72 и ql — q1 = q2 — q2 =0, а значит, 71 = 72. Тогда в (13) к = 0 и 72 =0, что невозможно.

Пусть сначала Р1 = ?1у2 (?1 = 0). Тогда в (13) при г =1 к = 72 — 71 и при г = 2 ql7l + q272 = 272 — 71. Поскольку 71 = 0, q2 = 2, и возможны два случая:

1) ql = 1, q2 = 1, т.е. Р2 = 2&2у1у2 (62 = 0);

2) ql = 2, q2 = 0, т. е. Р2 = р2у2 (/2 =0).

Рассмотрим случай 1. При г = 2 в (13) 71 = 1, 72 = 2, к = 1. Поэтому из Р выделяется форма Р(1]2) = (С1у2, 2&2у1у2), где С162 = 0. При этом член р2у2 из Р2 с порядком ниже к + 72 должен отсутствовать, т. е. Р2 = 0, а член С2у2 с порядом выше к + 72 должен быть отнесен к возмущению. С другой стороны, входящие в возмущение слагаемые 1/1(2’0)у2 и Р2(3 0)у3 имеют порядок к + 7* и, будучи включенными в форму, нарушили бы ее линейно-квадратичную структуру. Поэтому в рамках поставленной задачи необходимо потребовать, чтобы в системе (12)

р(2’0) =0, р2(3’0) =0. (14)

Переразлагая теперь правую часть системы (12) по обобщенным степеням с учетом (14) и обозначений для системы (6) и осуществляя нормировку, при которой после замены у1 на 2&2у1 и у2 на 2б2?1у2 будут Р1 = 1 и 262 = 1, получаем систему

у* = РЙ2),г(у) + ЕГ=2 У[1](у) (г = 1, 2), (151)

19

где Р[1] у Р[1] у у У[к] V' У[91>292]у91 02 У[?1,2?2] р(ч!,®) при

где Р( 1,2), 1 у2, Р( 1,2),2 у1у2, У д1+2д2=к+* У у1 у2 , У У при

^ • , 1 \а[0,4] ~

ql + q2 > г +1, а У2 — /2.

Рассмотрим случай 2. При г = 2 в (13) 272 — 71 = 271, т. е. 71 = 2, 72 = 3, к = 1. Тогда Р(2]з) = (Р1у2, С2у2), где С1Р2 =0, а остальные члены Р2 идут в возмущение.

Разлагая возмущение системы (12) по обобщенным степеням и считая /1,/2 = 1, что достигается заменой у1 на ?1а2у1 и у2 на р2р2у2, получаем систему

у* = Р(21!з),*(у) + ЕГ=2 У*^ (у) (г = 1, 2), (152)

где Р([2]з),1 = у2, Р(2]з),2 = у2, У*[1] = Е2,1+з,2=1+*+1 У*[291’392]у?1 у?, У*[291’392] = р(91’92)

при ql + q2 > г +1, а У2[2,3] = 262, У2[0,6] = '2.

Пусть теперь Р1 = р1у1 (Р1 = 0). Тогда при г = 1 в (13) ql = 1, ^2 = 0, откуда к = 0,

что противоречит предположению о положительности степени формы.

Замечание 1. В случае, когда Р1 = Р1у1, в системе (12) можно выделить форму нулевой степени Р([0]2) = (р1у1,Р2у2), где Р1Р2 = 0, но в этом нет необходимости, так как линейная часть системы (12) в этом случае имеет собственные числа (Р1,0), и к ней применима резонансная теория НФ, согласно которой (12) формально эквивалентна

НФ у1 = а1у1 + у22’2г]у1у2, у/2 = Е“2 У2[0,2г]уГ, являющейся также ОНФ для

системы (12), если в правую часть второго уравнеия добавить слагаемое у2.

20. Пусть невырожденная линейная замена

Х1 = ру1 + qy2, Х2 = гу1 + ву2 (рв — qr = 0), (16)

преобразует систему (1) Х* = Р*(х) + Х*(х) в систему (12).

Чтобы установить, какие условия надо наложить на систему (1), чтобы система (12) имела вид (151) или (152), продифференцируем замену (16) в силу (1) и (12), тогда

а1(ру1 + qy2) + С1(гу1 + ву2) + Х1(ру1 + qy2,гyl + qy2) =

р(р1у1 + Р1у2 + р1(у)) + q(р2У2 + 2/)2у1у2 + Р2у| + р2(у)), (171)

а2(ру1 + qy2)2 + 2б2(ру1 + qy2)(ryl + ву2) + С2(гу1 + ву2)2 + Х2(Х1, Х2) =

г(р1у1 + Р1у2 + р1(у)) + в(р2у2 + 2^2у1у2 + р2у2 + ^г(у)). (172)

Во втором уравнении системы (12) нет линейных членов, поэтому в (172) множитель г = 0, а значит ре = ре — qr = 0.

Приравнивая коэффициенты при линейных членах в (171) и квадратичных в (172), получаем равенства

р р1 = аь р1 = (а^ + С1в)/р, (18)

р2 = а2р2/в, 62 = (а^ + б2Р«)/«, р2 = (а^2 + 262qs + С2в2)/в.

Предположим сначала, что система (12) имеет вид (151). Тогда р1,р2 =0 ив (18) а1 = р1 = 0, а2 = вр-2р2 = 0, при этом С1 = ре-1 = 0, 62 = (1/2)р-1 =0 и могут быть произвольными за счет выбора р, в. Приравнивая коэффициенты при у2 в (171)

и при у3 в (172), имеем: у22’0] = рХ(2,0), У2[3,0] = р3х23,0)/в. Поэтому силу условия (14) Х{2’0) = 0, Х2(3’0) = 0.

Пусть теперь система (12) имеет вид (152). Тогда в (18) а1 = р1 = 0; С1 = рв-1 = 0, а2 = вр-2 =0 и остаются произвольными.

В результате доказаны следующие утверждения.

Лемма 1: Система (1) заменой (16) приводима к системе (12), допускающей

выделение линейно-квадратичной формы в качестве нулевого приближения, в случаях:

а) а1,а2 = 0, С1 = 0, 62 = 0, Х(2,0), х23,0) = 0, тогда (1) приводима к системе (151),

б) а1 = 0, а2 = 0, С1 = 0, тогда (1) приводима к системе (152).

Следствие 1. Система (1) не допускает выделения линейно квадратичной формы в трех оставшихся случаях: в) а1 =0; г) а1 =0, а2 = 0, С1 =0, но 62 = 0, т. е.

Р1 = С1Ж2, Р2 = С2х2; д) а1 =0, а2 = 0, С1 =0, 62 = 0, но (Х(2,0))2 + (х23,0))2 > 0.

Замечание 2. В случае г Р2 надо отнести в возмущению, оставляя в нулевом приближении вырожденную форму, и приводить (1) к нормальной форме Белицкого. 30. В случае д можно выделить форму, но не линейно-квадратичную:

Р(2]2)д = С1Х2 + ^х^ Р(1]2),2 = 262Ж1Ж2 — ^2Х3 (^2 + ^2 > 0), (19)

т.е. в системе (1) а1 =0, а2 = 0, С2х2 из Р2 попадает в возмущение, ^1 = Х(2,0), ^2 = —х23,0) и ограничие С162 =0 не требуется.

Исследованы четыре случая, когда система имеет нулевое приближение вида (19). Случай с консервативным нулевым приближением, когда ^1, 62 = 0, с^2 < 0, разобран в [13, ч. 2]. Случай с канонической формой квадратичного нулевого приближения, когда С1,^2 = 0, с^162 = 0 при условии С2 = 0, разобран в [15, п. 5]. Пример ОНФ в более общем случае С1 = 1, ^1 =0, но при условии, что ^2/62 не является алгебраическим числом, построен в [10, п. 6]. Наконец, случай, когда Р(1]2) 1 = ах2, Р(1]2) 2 = вх3 и после нормировки а, в = 1, разобран в § 6 этой работы.

Легко проверить следующее утверждение.

Лемма 2: Система Х1 = С1Х2 + ^х2, Х2 = 262Х1Х2 — ^2Х3 обратимой заменой

Х1 = у1, Х2 = у2 — 7у2 (20)

сводится к системе с той же структурой у1 = С1у2 + ср1у2, у2 = 262у1у2 — «^у3, в которой (р1 = ^1 — С17, 62 = 62 + С17, (р2 = 2С172 — 2(^1 — 62)7 + ^2.

В идейном плане результат леммы очевиден, поскольку правая часть замены (20) является формой нулевой степени с весом (1,2).

Замена (20) и последующая нормировка позволяют упрощать форму (19). Например, при С1 =0 можно обнулить ^1, или 62, или ^2 при (^1 — 62)2 — 2с1^2 ^ 0.

Кроме того, лемма 2 позволяет дополнить лемму 1, если предположить, что в (19) С1^2 + 262^1 = 0. Тогда, положив в замене (20) 7 = ^1/с1, получаем, что ср1, ср2 = 0 и нулевое приближение (19) после замены (20) с последующей нормировкой принимает тот же вид, что и в системе (151).

Лемма 3: Система (1) заменой (20) и нормировкой приводима к системе (151) в случае д* а1, а2 = 0, С162 = 0 , 262Х(2,0) — С1Х23,0) = 0.

В заключение отметим, что леммы 1 и 3 позволяют без ограничения общности пред-пологать, что в системе (1) нулевое приближение имеет такой же вид, как и в системе

(151) в случаях а и д или (152) в случае б, что дает возможность сразу исследовать ее при помощи замены (7), сохраняющей уже выделенную линейно-квадратичную форму нулевого приближения. Этому посвящены следующие два параграфа.

§4. Случай нулевого приближения (х2, Х1Х2)

Пусть система (1) относится к случаю а леммы 1 или случаю д леммы 3 и сразу имеет вид

оо оо

Х1 = Х2 +^2 х11](х), Х2 = Х1Х2 + ^2 х21](х), (21)

1=2 1=2

где нулевое приближение Р = (х2, Х1Х2) является формой степени к = 1 с весом 7 =

(1,2) а возмущения формы х!1] = Ед1+2д2=1+* х]91’292]х21 х22 .

Пусть замена (7) х* = у* + Ео=2 ^*1 1] (у) (г = 1, 2), в которой форма Л.*1 1] =

Е(7,!)=1+*-1 ^*!1,2!2]у!1 у!2, переводит систему (21) в систему (151).

Тождества (9) для систем (21) и (151) принимают вид

(д4к-11/ду1)у2 + (д^-Ч/^уш — ^2к-1] = у!'11,

(д^2к-1]/5у1)у2 + (д^21-1]/ду2)у1у2 — у1^21-1] — у2^11-1] = у2[1].

Приравнивая коэффициенты при у®1 у|2, где ql + 2q2 = к + г, qг ^ 0, а г —номер тождества, получаем линейную систему

+ 1)^1!1 + 1’2(!2-1)] + q2h1^гl-1’2q2] — 491’2®] = У1[«1'2®],

(ql + 1)4!1 + 1’2(!2-1)] + (щ — 1)4?1-1'2?2] — ^1!1’2(92-1)] = 1>[!1’2!2]

Если в у.[!1’2®] выбрать q2 в качестве независимой переменной, то ql = к + г — 2q2. Поскольку к ^ 2, а ql,q2 —целые, удобно ввести разложения

к = 2г + V (г ^ 1, V = 0, 1), q2 = г — т (т ^ г).

Тогда в у*[91’2®] индекс ql = 2т + V + г и система (22) принимает вид

[2т+^,2(г-т)] г1 —

1[2т+^+1,2(г-т)] __ у[2т+^+2,2(г-т)]

[2т+^+1,2(г-т)]

2

— = ;у[2т+^+2>2(2-т)] ( —1 ^ т ^ г) (23)

Выделим из (23) оба уравнения с т = г:

(2т + V + 2)42т+^+2’2(г-т-1)] + (г — т)4;

7 |2т+^+1,2(г-т)| -г/^|2т+^+1,2(г-т)| / ^ ^ \

— Л-2 = (—V ^ т ^ г)

(2т + V + 3)42т+"+3,2(г-т-1)] + (г — т — 1)й|

^[2г+^+1,0] __ -у'[2г+^+1!0] ^[2г+^+1,0] ___ у-[2г+^+2,0]

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

Они фиксируют коэффициент 42г+"+1,0] и дают первую резонансную связь на коэффициенты форм У*[1] системы (15ч):

у-[2г+^+1,0] — У>[2г+^+2,0] = 0 (24)

Коэффициент 42г+"+1’01 встречается еще только один раз в последнем из оставших-

/оо \ /о і і 1 \ г,[2г+^+1,0] 7 [2г+^,0)1 ->[2г+V,2] -р-г

ся уравнении системы (23): (2г + V + 1)ь2 — Ь\ — У2 . Перенося его

вправо, запишем эти уравнения в матричноИ форме:

А ^ ^ = *7, BV ^ ^ = УТ, (25)

где — (^ — /Л2т+^2(г—т)] • — (^ ) Ьи —

где Ь1 — (Ь1,0 , ••• , Ь1,г), Ь1,т — Ь1 ; Ь2 — (Ь2,1 —V , ••• , Ь2,г), Ь2,т —

L[2m+V— 1,2(г—тт+1)]. V ________ /yv \^г’^ _ V[2m+V—1,2(г—т+1)]. _ /yv

Ь2 ; *1 — (У1,1 — V, • • • , У1,г ), У1,т — *1 ; *2 — (*2,0, • • • ,

), У2% — У>[2т+^2(г—т+1)] (о ^ то ^ г — 1), у£г — }>[2г+^2] + (2г + V + 1)}>[2г+^1,0]; А, В — двухдиагональные (г + V) х (г + 1)- и (г +1) х (г + v)-матрицы с элементами

<г,т — 2т + V Ьт,т — г — т (1 — V < т < г) <г+1,т — г — т Ьт,т+1 — 2т + V + 1 (0 ^ т ^ г — 1).

Исключая из системы (25) вектор Ь2, получаем систему

СV — Ус,1", (26)

в котороИ ^ — BVА — Е — трехдиагональная (г +1) х (г + 1)-матрица с элементами

ст,т Ьт,тат,т + Ьт,т+1ат+1,т 1 (г т) (4т + 2v +1) 1 (0 ^ т ^ г), ст,т+1

Ьт,т+1ат+1,т+1 — (2m+V +1)(2т + V +2), С+1,т — Ьт+1,т+1ат+1,т — (г —'т — 1)(г — т)

(0 ^ т ^ г — 1), а 10 — У2 + В 1/У11/ — это вектор с компонентами У01/т — У^т + (2т +

V + 1)У1,т+1 + (г — т)У£т (0 < т < г), причем У1,0 — 0, У^+1 — 0.

Методом Гаусса система (26) может быть преобразована в систему

С" НЧ = У о, (26)

с двухдиагональной матрицей Си по рекуррентным формулам с^г = с^г = —1, Удг = У1' •г1' = г1' И1' = г1' /г1" г1' = г1' — ^ г1'

0,г > т,т—1 т,т—1? т—1 т— 1,т/ т,т? °т—1,т—1 т—1,т т— 1 т,т— 1?

Уо,т-1 = *о%-1 - (т = 1), если при ЭТОМ с£г, . . . , С^д ^ 0.

Согласно (26) = 2(2г + г/ — 2), с^_1г = (2г + и — 1)(2г + г/), с^г_1 = 0. Поэтому

в (26) (Щ._1 = с"_1г/СгТ = ~(2г + іу)(2г + V - 1), с"_1т_1 = с"_1т_1 - =

'г —1 г — 1,г / г,г V"' 1 V 1 -*-/5 г —

2(2г + у_2)і^ 0,г-1 = Уо^г-1 — ^г-{¥ оіГ-

Докажем индукциеИ, что для т — г — 2,..., 0

^ = {2т + г/ + 1)/(г - т), т = (г - т + 1)(2т + и). (27)

База индукции есть, так как в формулах (20) и (27) элемент с^_1 Г_1 = 4г — 4 + 2г/.

При 1 < т < г - 1 = С_1т/с^ т = (2т + г/ - 1)/(г - т + 1), =

Ст-1,т-1 — ^тст,т-1 = (4т + 2v — 3)(г — т +1) — 1 — ((2т + V — 1)/(г — т +1))(г — т)(г — т + 1) = (4т + 2v — 4)(г — т +1)+ г — т — (2т + V — 1)(г — т) = (2т + V — 2)(г — т + 2).

Таким образом, система (26) может быть получена из (26), поскольку согласно (27) диагональные элементы с^г,..., ф 0.

Пусть V = 0. Тогда в (27) элемент ёд 0 = 0 и первое уравнение системы (20) имеет

ВИД 0 • 1г°10 = У оо, где У^ = Е1=о (-!)”%% ГСГс)1 ^ и ^1,0 остается свободной.

В соответствии с (27) ^0 = (2в + 1)/(г — в) (0 ^ т ^ г — 2), й0-2 = —2г(2г — 1).

Введем множители

вт = (—1)т пт=02(2в + 1)/(г — в) (0 < т < г — 1)0 в0 ^ 2г(2г — 1)в0-1; (28)

«т — —вт+1 (0 < т < г — 2), а0—1 — (2г — 1)в°— 1, а° — (2г + 1)в°.

Тогда уравнение Уд 0 = 0 для системы (26) принимает вид Е^=о РпХот = 0, а для

системы (25)—Е т=0 ^ (У2<,т + (2т +1)У1<,т+1 + (г — т)У°т) — 0 и У10г+1,У1°0 — 0. Но (г — т)вт + (2т — 1)вт — 1 — —вт (1 ^ т ^ г — 1), поэтому разрешимость уравнения

- ЕтЛ Рт¥1,т + (2г “ 1)/?°-1У°г + Е^=0 /?тУ2°т = 0 и фиксация КОМПОНвНТЫ 0 необходима и достаточна для однозначной разрешимости систем (25), (26) и (26).

При V = 1 в (27) Сд 0 = г + 1 ф 0, а значит, система (26) однозначно разрешима. Возвращаясь к системе (23), в правую часть котороИ входят коэффициенты формы У[1] (к — 2г + V, г ^ 1, V — 0,1), отмечаем, что для ее разрешимости с учетом равенств (24) должны выполняться резонансные уравнения

У1[2г+1’0] — У2[2г+2’0] — г, уг («тУ1[2т+1’2(г—т)] + вт У2[2т’2(г—т+1)]) — с; (290)

-^^т=0

У1[2г+2,0] — У2[2г+з,0] — с, (291)

в которых множители «т, вт определены в (28).

В результате доказаны следующие утверждения.

Теорема 1. Пусть система (151) получена из произвольной системы (21) при помощи формальной обратимой замены (7) с произвольно выбранными коэффициентами Ь10,2г]. Тогда для всякого г ^ 1 коэффициенты формы У[1] системы (151) при к — 2г удовлетворяют двум уравнениям (290), а при к — 2г +1 — уравнению (291).

Следствие 2. При к — 2г все введенные в (28) множители отличны от нуля, потому все коэффициенты формы У[2г] системы (151) резонансные, так как реально входят в одно из уравнений (290). При к — 2г +1 коэффициенты У1[2г+2,0], і[2г+3>0] — резонансные, а все остальные коэффициенты формы У [2г+1] — нерезонансные.

Следствие 3. При к — 2г в первое уравнение (290) входят все коэффициенты формы У[1] за исключением коэффициента У2[2г+2,0]. Поэтому резонансный набор состоит из У1[2г+1,0] или у|2г+2,0] и любого другого коэффициента формы У[1], а при к — 2г +1 резонансный набор состоит из коэффициента У1[2г+2,0] или У22г+3’0].

Теорема 2. Произвольная система (21) заменой (7) может быть преобразована в ОНФ (151), в которой для всякого к ^ 2 все коэффициенты формы У[1] равны нулю, кроме двух коэффициентов из любого резонансного набора, указанного в следствии

2 для к — 2г, удовлетворяющих уравнениям (290), и одного из двух коэффициентов У1[2г+2,0], у|2г+3,0] при к — 2г +1, удовлетворяющего уравнению (291).

Пример 1. В (291) набор У1[2г+1,0], у2[2г+2,0] резонансный при к — 2г, У1[2г+2,0] входит в (292), поэтому система (21) формально эквивалентна ОНФ, не содержащей у2 в возмущении:

I \ЛМ] 1 , р[2г+2,0] 2г+2

У1 — У2 + > „ У1 Уъ У2 — У1У2 + > У2 Уі + .

-^1=3 -^г = 1

Пример 2. В (291) набор У2[2г+2’0], у[2г’2] резонансный при к — 2г, У2[2г+3,0] входит в (292), поэтому система (21) формально эквивалентна ОНФ, не имеющей возмущения в первом уравнении:

і \л[1,0] 1 і \л[2г,2] 2г

У1 — У2, У2 — У1У2 + V, У2 Уі + ^ У2 Уі У2.

•^—^1=4 -^г=1

§5. Случай нулевого приближения (х2, х2)

Пусть система (1) относится к случаю б леммы 1 и сразу имеет вид

Х1 = Х2 + У й=2 Х11] (x), Х2 = х2 + У й=2 Х21] (x), (30)

где нулевое приближение Р = (х2, х2) — это форма степени к =1 с весом 7 = (2, 3), в

возмущении форма х*[1] = Е2д1+3д2 = 1+7,Х:|291’392]х11 Х22 .

Пусть замена (7) х* = у* + ^ 1=2 Л*1 1] (у) (г = 1, 2), в которой форма Л.*1 1] =

Е(7,д)=1+* Л*2!1,3!2]у21 у|2, переводит систему (30) в систему (152).

Тождества (9) для систем (30) и (152) принимают вид

а/,1,*-1' ал1‘-ч.2 ->и а/,?-11 а/,?-1' 2 ,и

~ЪГК + ^Г"1 “ 2 1 ’ ~д^Гк + ~д^Гу'-2,,н'

Приравнивая коэффициенты при у!1 у|2, где 2ql + 3q2 = к +1 + г, qг ^ 0, а г = 1, 2 — это номер тождества, получаем линейную систему

^1 + 1)л12(!1 + 1),3(!2-1)] + (^ + 1)Л 12(!1-2),3(!2+1)] — Л 22!1,3!2] = у1[2«1'3®],

(q1 + 1)л22(!1 + 1),3(!2-1)] + (q2 + 1)л22(!1-2),3(!2+1)] — 2Л12(!1-1),3!2] = у2[2!1,3®]. ( )

Выбирая ql в У/,[2!1’3!2] независимой переменной, имеем q2 = (к + 1 + г — 2ql)/3. Поскольку к ^ 2, а ql, q2 —целые, удобно ввести разложения

к = 6г + 2м + V — 4 (г ^ 1; м = 0, 1; V = 0,1, 2), q1 = 3т + ] (т ^ 0; ] = 0,1, 2).

Тогда в У*[291’3®] из (31) индекс q2 = 2(г — т)+ м — 1 + (v + г — 2^’)/3 и будет целым неотрицательным числом в следующих случаях: 0) V = 0, тогда ] = 2 и т ^ г — 1 при г = 1 или = 1 и т ^ г — 1 + м при г = 2; 1) V =1, тогда = 1 и т ^ г — 1+ м при г = 1 или ] =0 и т ^ г при г = 2; 2) V = 2, тогда ] =0 и т ^ г при г = 1 или ] = 2 и т ^ г — 1 + м при г = 2.

00. Пусть V = 0. Для коэффициентов форм у[1], Л*1 1] положим

У0 _ у[2(3т+2),3(2(г-т)+^-2)] _____ -у[2д1,3д2] у0 _ (у0 У0 );

У 1,т = У1 = У1 , У1 = (У 1,0, . . . , У1,г-1);

\л0 _ У[2(3т+1),3(2(г-т)+^-1)] _____ у[2д1,3д2] \л0 _ /\^0 \^0 V

У2,т = У2 = У2 , У2 = (У2,0, . . . , 12,г-1+^);

Л0 _ 7 [2(3т + 0),3(2(Г-т) + ^-1)] _ Л [2(ч1 -2),3(!2 + 1)] 7 0 _ ( 7 0 7 0 );

71,т = 71 = 71 , 71 = (71,0, . . . , 71,г-1+м);

^0 = л22(зт+1),з(2(г-т)+м-2)] = л22ч1 ,з®2] ^0 = (л2 0 72 1)

Перепишем систему (31): (3т + 3)7° т+1 + (2(г — т) + м — 1)70т — Л0! т = У® (3т + 2)70,т + (2(г — т) + М)70,т-1 — 271,т = У20т или в матричной записи

0,

т,

А070 — 70 = У20, В072 — 27° = У20, (310)

где А0, В0 —двухдиагональные г х (г + м)- и (г + м) х г-матрицы с элементами ат т =

2(г — т)+ М—1 6т,т = 3т + 2 (0 < т < г —1); ат,т+1 = 3т+3, 6т+1,т = 2(г — т—1)+ М (0 ^ т ^ г + м — 2).

Исключая из системы (310) вектор Ь2, приходим к линейной системе

С 0Ь1 — У00, (320)

в которой С0 — В0А0 — 2Е — трехдиагональная матрица размерности (г + м) х (г + м) с

элементами ст,т Ьт,тат,т + Ьт,т — 1ат — 1,т 2 (3т + 2)(2(г т) + М 1) + 3т(2(г

т)+М)—2 (0 < т < г + М — ^ Ст,т+1 — Ьт,тат,т+1 — (3т + 2)(3т + 3) (0 < т < г + М —2) ст+1,т — Ьт+1,т«т,т — (2(г — т) + М — 2)(2(г — т) + М — 1) (0 < т < г + М — 2); У00 — У20 + В 0У10 — вектор с компонентами У00т — У20т + (3т + 2)У1()т + (2(г — т) + м)У10т—1 (0 ^ т ^ г + м — 1), причем У10—1 — 0, У10г — 0.

Методом Гаусса система (320) может быть преобразована в систему

С°Н°1 = Уд, (32°)

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

с двухдиагональной матрицей С по рекуррентным формулам Сд0 = Сд0 = 2(2г-\-/л — 2),

У° = У0 = V0 4- 9У° ■ г° = г° П° = г° /г° г° =

У 0,0 У0,0 У2,0 + 2У1,0; Ст- 1,т Ст-1,т, ат-1 Ст,т-1/Ст-1,т-1, Ст,т

Ст,т - С1-1,т<С-1. У0,т = “ Йт-1У0,т-1 (т = 1,Г + /Х- 1), 6СЛИ ПРИ ЭТОМ

г° г° О

С0,0, . . . , Сг+^-2,г+^-2 = °.

Докажем индукцией, что при т = 1,..., г + м — 1 <Рт-1 = (2(г - т) +М+ 1)/(Зт - 1), с^ т = (Зт +2)(2(г - т - 1)+/х). (33°)

База индукции есть, так как формулы (32°), (33°) для ёд 0 совпадают.

Предположим, что при 1 ^т^г + уи, — 2 равенства (33°) верны, тогда в (32°)

^т ст+1,т/ст,т (2(Т ^0 М 1)/(Зш-|- 2), ст+1,т+1 ст,т+ 1^'т

(3т + 5)(2(г — т) + м — 4).

Таким образом, система (32°) может быть получена из (32°), поскольку согласно (33°) диагональные элементы ёд 0,..., с°+м_2,г+^-2 Ф 0-

Пусть /л = 0. Тогда в (ЗЗд) элемент с°_1 Г_1 = 0, и последнее уравнение системы

(32°) имеет вид 0 • ЬР1г_1 = Удг_1. Следовательно, компонента ЬР1г_1 свободна и со-

гласно рекуррентным формулам (32°) для разрешимости системы (32°) ее правая часть должна удовлетворять уравнению ^т-=20( — 1)г-т-1У00т ПГ-т ^ + У^-ч = 0. Поскольку й00 = (2(г — в) — 1)/(3в + 2), удобно ввести множители

вт = ( — 1)г-т-1 ПГ-т(2(г — в) — 1)/(3в + 2) (0 < т < г — 1),

ат =—вт+1 (0 <т <г—2), а0-1 =3г—1. 0

Тогда последнее уравнение принимает вид ^т=°0 втУ00т = 0, где согласно (320) У00т = У20т + (3т + 2)У^т + 2(г — т)У10т-1. Но в (3400) вт = —^твт+1, откуда (3т + 2)вт + 2(г — т — 1)вт+1 = —вт+1. Поэтому получаем уравнение ^^=0 втУ20т — Ет=2о вт+1У10т + (3г — 1)У10г-1 = 0, гарантирующее разрешимость системы (310).

Возвращаясь, наконец, к системе (31), отмечаем, что она разрешима при к = 6г — 4 (г ^ 1, М = 0, V = 0), если коэффициенты формы У[1], входящие в правую часть (31), удовлетворяют резонансному уравнению

о у^[2(3т+2),3(2(г—т)—2)] + в0 у.[2(3т+1),3(2(г—т)—1)п _ с (350)

т=0 т 1 т 2 0

где множители «т, вт определены в (340).

Пусть /л = 1. В (33°) последний диагональный элемент с°г ф О, поэтому система

(32°) и с ней вместе системы (32°), (31°) однозначно разрешимы. Следовательно, при к — 6г — 1 (м — 1, V — 0, г ^ 1) система (31) однозначно разрешима и все коэффициенты формы У[1] не имеют ограничений, т. е. нерезонансными являются коэффициенты

у-р(3т+2),3(2(г-т)-1)] (то=0^—^(М^г-т))] (т = ^

10. Пусть V — 1. Для коэффициентов форм 1>;[1], 7І1 1] положим

У1 У [2(3т+1),3(2(г —т)+м—1)] У [2?1,3?2] У1 (У 1 У1 );

11,т — У1 — У1 , У1 — (У 1,0, ..., У1,г+м—1);

У1 У [6(т+1),3(2(г— т— 1)+М)] У [2(?1+3),3(?2—2)] У1 (У 1 У1 );

У2,т _ У2 _ У2 , У2 _ (12,0, ..., У2,г —1);

Ь1 _ 7 [2(3т+2),3(2(г—т) + М —2)] _ Ь[2(?1 + 1),3(?2 —1)] 7 1 _ (1 1 Ї 1 );

71,т _ 71 _ 71 , 71 _ (71,0, ..., 71,г —1);

^2,0, ..., 72,г+м—1^

■ 1 У [0,3(2г+м)

2,0 — У2

Перепишем остальные уравнения (31) в новых обозначениях, заменяя во второй подсистеме индекс т на т +1 : (3т + 2)71 т + (2(г — т) + м)71 т—1 — Ь1 т _ У^т

(0 < т < г + М— 1), (3т + 4)72,т+1 +(2(г — т)+ М — 1)72,т — 271,т _ У21т ( —1 < т < г — 1)1

или, учитывая, что ;у[0’3(2г+м)] не входит в У21, в более удобной матричной записи

71 _ 7 [2(3т+1),3(2(г—т) + М—1)] ____ 71[2(91 + 1),3(92 — 1)] 1 1 _ (7 1 7 1 )

72,т _ 72 _ 72 , 72 _ (72,0, ..., 72,г+м—1).

Выделим во второй подсистеме (31) первое уравнение: 72 0 _ у2[0,3(2г+м)].

А171 — 72 _ У11, В172 — 271 _ У1, (311)

где А1, В1 —двухдиагональные (г + м) х г- и г х (г + м)-матрицы с элементами оО т —

3т + 2, Ь0о,т _ 2(г — т)+ М — 1 (0 < т < г — 1); от+1,т _ 2(г — т — 1)+ М, Ь0о,т+1 _ 3т + 4 (0 ^ т ^ г + м — 2).

Исключая из системы (311) вектор 71, приходим к линейной системе

С172 — І01, (321)

в которой С1 — А1В1 — 2Е — трехдиагональная матрица размерности (г + м) х (г + м) с элементами сОо,т _ от,тЬт,т + О0о,т—1Ь0о—1,т — 2 _ (3т + 2)(2(г — т) + М—1) + (2(г — т) + М)(3т +1) — 2 (0 < т < г + М — ^ ст,т+1 _ от,тЬт,т+1 _ (3т +2)(3т + 4), ст+1,т _ о0о+1,тЬт,т _ (2(г — т — 1) + м)(2(г — т) + М — 1) (0 < т < г + м — 2); У01 — 2У11 + А1*1 — это вектор с компонентами У0:1т — 2У11т + (3т + 2)У2:1т + (2(г — т) + м)У21т—1 (0 ^ т ^ г + м — 1), причем У21 —1 — 0, У21г — 0.

Методом Гаусса система (321) может быть преобразована в систему

С1 И1, = ТІ (32і)

с двухдиагональной матрицей С1, где с1г+^_1г+^_1 = с^+м_1г+м_1, уо,г+м_і = Vі • г1 = г1 г!1 = г1 /г1 г1 = г1 — г,Iі г1

0,г+^—15 т+1,т т+1,т7 ^т т,т+1/ т+1,т+Ъ т,т т,т ^т+1,т’

У0,т = - 4гУ0,т+1 (т = Г +/X - 2, 0), ЄСЛИ ПРИ ЭТОМ ^ 0.

Пусть м _ 0. Докажем индукцией по т, что при т — г — 2, ..., 0

4п > °, 4г,т > Зт(2(г - то) + 1) > 0. (33£)

При то = г — 1 в (321) с1_1г_1 = с1_1г_1 = 9г — 7 > 9г — 9 из (ЗЗд).

При О ^ т ^ г 2 Ст,т+1 ат,т6т,т+1 (3т + 2)(3т + 4) > 0, Ст+1,т

ат+1 т6т т = 2(г — т — 1)(2(г — т) — 1) > 0, по индукционному предположению

4+1,т+1 > 3(т + !)(2(г - т) - 1) > 0, а значит, в (321) ^ = с^ т+1/с^+1т+1 > 0 и

ст,т ст,т ^тст+1,т ст,т ^т^+Х^т+^т/^т+Х^т+Х ^ (3^ 2)(2(г ш) 1)

2(г — т)(3т + 1) — 2 — (3т + 2)(3т + 4)2(г — т — 1)(2(г — т) — 1)/(3(т + 1)(2(г — т) — 1) = 3т(4(г — т) — 1) + 6(г — т) — 4 — 2(г — т — 1)(3т + 3) + 2(г — т — 1)/(3т + 3) > 3т(4(г—т) —1)+6(г—т)—4—2(г—т —1)(3т+3) = 3т(2(г—т) + 1)+2 > 3т(2(г—т) + 1). Пусть теперь м =1. Докажем индукцией, что при т = г — 1,..., 0

= (Зт + 4)/(2(г - то) - 1), с^ т = (Зт - 1)(2(г - т) + 1). (33})

При т = г в (321) и (33}) с], г = Зг — 1, что дает базу. Предположим, что при г — 1 ^ то ^ 1 равенства (33}) верны, тогда в системе (321) (1}п_ 1 = с}п_1 т/с1п т = (Зто + 1)/(2(г - то) + 1), с^-х,т-х = С^п_1т_1 - 4г-х4г,т-х = (Зто - 4)(2(г - то) + 3). Согласно (ЗЗ1) диагональные элементы с1+ ^ г+ ...,Су 0 ^ 0, поэтому система

(321) однозначно разрешима и равносильна системам (З21), (311).

Для однозначной разрешимости системы (31) требуется выполнение выделенного

; 1 у [0,3(2Г + 1)1 ; 1

уравнения 7° 0 = У , в котором 7° 0 надо взять из первого уравнения систе-

мы (321) с^0/1^0 = Уо,о> гДе уо,о = Е^Г1(-1)туо^П™~о14- Поэтому выделенное уравнение принимает вид ПГГо1 4 “ 0У2[0,3(2г+м)] = 0.

Перепишем это уравнение, используя разложение для У)т из (321) и учитывая, что

2, — 1 - и и -Ч,г - и • ^т=0 V--1-Л21!1^ П0=01 ^ + Е0=0.

У0,-1 = 0 и УО, = 0 : Ет+=М0-1( —1)т2У1^Пт=02 й2 + Ет=10( —1)т(3т + 2 — йт(2(г — т — 1) + И))У1т ПТ=0 4 ~ С^ОУ^2^ = О-

Для М =0, 1 введем множители

«тм = (-1)тПГГ01^1 Ф 0 (0 < то < Г + /Х-1), /301,м = -Со,о/2 7^ 0, 4

вт+1 = (3т + 2 — йт(2(г — т — 1) + м))атм/2 (0 < т < г — 1), 1

тогда при м =1 в силу прямых формул (33°) они принимают вид

ат1 = (—1)т пт=01(3в + 4)/(2г — 2в — 1) = 0 (0 < т < г),

(341 )

во1,1 = —1/(4г + 2), вт+1 = — ат1 = 0 (0 < т < г — 1).

Возвращаясь теперь к системе (31), для коэффициентов формы У[1], у которых к = 6г + 3м — 3 (г ^ 1, м = 0,1, V = 1), получаем резонансное уравнение

у^г+м 1 а1,МУ [2(3т+1),3(2(г-т)+м-1)] + г «1,МУ [6т,3(2(г-т)+1)] = с (351)

^-^т=0 т 1 ^т=0 вт 2 , ( М)

где множители а01, вт1 определены в (341).

Замечание 3. Пусть м = 0. Тогда в,1,0 = (3г — 1)а0-1/2 = 0, а при 2г — 1 > т > (2г - 5)/5 в силу оценки (33£) имеем Лхт = с1т т+1/с1т+1т+1 < (Зто + 2)(Зто + 4)/(3(то + 1)(2(г — т) — 1)) = (3т + 2)(1/(2(г — т — 1)) — 1/((2(г — т) — 1)(2(г — т — 1))) + 1/(3(т + 1)(2(г — т) — 1))) < (3т + 2)/(2(г — т — 1)), откуда (3т + 2 — (2(г — т — 1)) > 0 и

вт+1 _(3т+2—^т(2(г — т — 1))«т0/2 — 0. Поэтому при 2г/5 < т ^ г коэффициенты

т/[6т,6(г—т)] /ог1\

—2 , входящие в (350), являются резонансными.

20. Пусть V — 2. Для коэффициентов форм УІ[1], 7І1 1] положим

у2 _ -у[6т,3(2(г—т)+м)] _ "У[2?1,3?2] у2 _ (У2 у2 );

11,т _ У1 _ У1 , У1 _ (У 1,0, ..., У1,г);

\т2 У[2(3т+2),3(2(г—т)+^—1)] у[2д1,3д2] \г1 /\^2 \^2 V

12,т _ 12 _ 12 , У2 _ (У2,0, ..., У1,г+^—1);

72 _ 7 [2(3т+1),3(2(г—т)+м—1)] _ 7[2(?1 + 1),3(?2 —1)] 7 2 _ ( 7 2 7 2 );

71,т _ 71 _ 71 , 71 _ (71,0, ..., 71,г+м—1);

72,т — 726т,3(2(г—т)+")] — 722(^1—2)^2+1)], 72 — (72,0, ...,72,г).

Перепишем систему (31): (3т + 1)71,т + (2(г — т) + м + 1)71,т— 1 — 72,т — У2т, (3т + 3)72 т+1 + (2(г — т) + м)72 т — 271 т — -22т или в матричной записи

А2 72 — 72 — У12, В272 — 271 — У2\ (312)

где А2, В2 —двухдиагональные (г +1) х (г + м)- и (г + м) х (г +1)-матрицы с элементами

ат,т = 3т + 1 6т,т = 2(г — т)+ М (0 < т < г + М — 1), 6т,т+1 = 3(т + 1), ат+1,т =

2(г — т) + м — 1 (0 ^ т ^ г — 1).

Исключая из системы (312) вектор 72, приходим к линейной системе

С2 7° = У02, (322)

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

в которой С2 = В2 А2 — 2Е — трехдиагональная матрица размерности (г + м) х (г + м)

с элементами ст,т = 6т,тат,т + 6т,т+1ат+1,т — 2 = (3т + 1)(2(г — т) + М) + (3т +

3)(2(г — т)+ М — 1) (0 < т < г + М — 1), ст+1,т = 6т+1,т+1ат+1,т = (2(г — т — 1)+ М — 1)(2(г — т — 1)+ М^ ст,т+1 = 6т,т+1ат+1,т+1 = 3(т +1)(3т + 4) (0 < т < г + М — 2). Методом Гаусса система (322) может быть преобразована в систему

С27!=Уо, (352)

_2

с двухдиагональной матрицей С по рекуррентным формулам с2 0 = с2 0 = 8г + Ац — 5;

Ст— 1,т Ст—1,т: ^т,т ^т,ш ^т- 1,т»Ст,т— 1 /^т— 1,т — 1 1,?"~Ь/Х 1), если

Со,01 • • • 1 сг+ц-2,г+ц-2 7^ 0-

Докажем методом математической индукции, что

ст т > (Зт + 4)(2(г - то) + /х - 2) (т = 0, г +/х — 1). (зз2)

При т = 0 в (З22) с2 о = 8г+4уи,—5 > 4(2г+уи,—2), что дает (ЗЗ2) и базу индукции. При 1 < т < г + м — 1 ст,т-1 = (2(г — т) + м)(2(г — т)+ м +1) > 0, ст-0,т = 3т(3т +1) > 0, с^п_1т-1 > (Зт+ 1)(2(г — то) +/х) >0, поэтому с^т > (Зто + 2)(4г — 4т + 2р — 1) — 3 — (2(г — т) + м)(2(г — т) + м + 1)3т(3т + 1)/((3т + 1)(2(г — т) + м)) = 3т(2г — 2т + м — 2) + (8г — 8т + 4м — 5) > (3т + 4)(2г — 2т + м — 2).

__2

Для /х = 0 из (З22) следует, что положительны все диагональные элементы С , т. е.

системы (З2 ), (З22), (312) и (31) однозначно разрешимы.

-2

Для ц = 1 доказано, что с^пгп> 0 при то = 0, г — 1.

^2 ’ г,г

Покажем теперь, что сг г <0, для чего докажем по индукции, что

Ст т < (Зт + 4)(2Г — 2ТО-) (ТО = 0, Г, /Х= 1). (342)

29

При то = 0 в (322) со,о = 8г — 1 <8г, что дает (342) и базу индукции. При 1 ^ то ^ г

ст т-Ъ ст-1 т > п0 ИНДуКЦИОННОМу ПрЄДПОЛОЖЄНИЮ И согласно (ЗЗ2) 0 < С^п_1 т_1 ^

(Зто + 1)(2г — 2то + 2), поэтому т < (Зто + 2)(4г — 4то + 1) — 3 — 3то(3то + 1)(2(г —

т) + 1)(2(г — т) + 2)/((3т + 1)(2г — 2т + 2)) < (3т + 4)(2г — 2т).

__2

Итак, при м — 1 все диагональные элементы матрицы С тоже отличны от нуля, и все системы, включая систему (31), однозначно разрешимы.

В результате для всякого к — 6г + 3м — 2 (м — 0,1; V — 2; г ^ 1) форма У[1] произвольна, т. е. нерезонансными являются коэффициенты

у[6т,3(2(г-т)+м)] (то = ^(Зт-І^О-т^+І)] (т= 1)Г + М). (352)

Теорема 3. Пусть система (152) получена из произвольной системы (30) при помощи замены (7) с произвольно выбранными коэффициентами 7^2(3г 3),3]. Тогда для всякого г ^ 1 коэффициенты формы У[6г—4] системы (152) удовлетворяют уравнению (35«), а коэффициенты форм У[6г+3м—3] (м — 0, 1) — уравнениям (35^).

Следствие 4. При к — 6г — 4 (м — 0, V — 0) в (340) «ОшвО, — 0, поэтому все коэффициенты формы У[6г—4] реально входят в (350) и являются резонансными. При к — 6г (м — 1, V — 1) в (341) «т^вт1 — 0, поэтому все коэффициенты формы У[6г] реально входят в (351) и являются резонансными. При к — 6г — 3 (м — 0, V — 1) в (341) «т.0 — 0, поэтому все коэффициенты формы у6 3] реально входят в (351) и являются резонансными, а коэффициенты формы -2[6г 3] из (351) имеют множители вт0, содержащие рекуррентно определенные в (32 ) величины с^. Согласно замечанию 3 вт0 — 0 при 2г/5 < т ^ г, и коэффициенты -2[6т,6(г т)] при таких т — резонансные. Все коэффициенты форм У[6г— 1] из (350), У[6г—2] из (352), У[6г+1] из (351) — нерезонансные.

Теорема 4. Произвольная система (30) формальной заменой (7) может быть преобразована в ОНФ (152), в которой для любого г ^ 1 все коэффициенты форм у[6г—2], у[6г—1], у [6г+1] равны нулю, а среди коэффициентов форм У[6г—4], У[6г—3], у[6г] равны нулю все, кроме одного коэффициента в каждой из форм, удовлетворяющего соответственно резонансному уравнению (35«), (350) и (351).

Пример 3. Система (30) формально эквивалентна ОНФ, у которой отсутствует возмущение во втором уравнении:

I /V[6,-2,0] 3,-1 , тЯ6г+2,0] 3г + 1 , тЯ6г-4,3] 3,-2 ч • 2

у/1 = у2 +> (У/ Ч + Уо У1 + + Уо У1 у2), у/2 = у1.

< ^,= 1

Пример 4. Система (30) в силу замечания 3 формально эквивалентна ОНФ, возмущение которой не зависит от второй переменной:

I /V[6,-2,0] 3,-1 , р[6г+2,0] 3г + ь • 2 , р[6г,0] з,

у/ 1 = у2 +У. ДУ1 у 1 + У1 у 1 + Л у/2 = у 1 +У. у2 у 1 .

=1 =1

§ 6. Случай нулевого приближения (х2,х3)

В заключение рассмотрим систему

Х1 =х2 + Х^=2 х11] (х) х 2 = х3 + Х^=2 х21] (x), (36)

где нулевое приближение Р([°]2) = (х2, х3) взято из формулы (19) при С/, 62 = 0 и а, в нормированы к единицам, в возмущении форма Х*[1] = Ед1+2д2 = 1+*

Х*[91,292]х01 Х«2.

Пусть замена (7) ж — у + Ек=2 ^ 1](у) (* _ 1,2), в которой форма 7Ік 1] —

Е(7 , д)=й+і—1 7!91 ’292]Уі1 у!2 переводит систему (36) в систему

у1 — у2+ЕГ=2 У1[к](у), у2 — у3 + ЕГ=2 -2[к](у). (37)

Тождества (9) для систем (36) и (37) принимают вид

д7[к—1] , д7[к—1] ч „ ,[к—1] д7[к—1] , д7[к—1]

1_____„2 , ап1 „.з _ о Л[й-І] _ уМ ОП2 2 , а/7-2 3 _ Ч7/2Л[*-1] _ уМ

аУ1 2/1 + аУ2 2/1 2уі/І1 ’ дУ1 Уі+ дУ2 Уі 'іу^1 '

Приравнивая коэффициенты при у^1 у|2, где до + 2д2 = к + г, д. ^ 0, а г = 1, 2

номер тождества, получаем линейную систему

(91 — 3)7[11 —1 ’ 2і2] + (92 + 1)7[!1—3 ’ 2(і2+1)] — У>1[і1 ’2і2],

(?1 — 1)4і1 —1 ’ 2і2] + (9! + 1)4і1—3 ’ 2(і2+1)] — 371і1—2 ’ 2і2] — У2[і1 ’2Ч

(38)

Поскольку в У’'91, 292 ] индекс до = к + г — 2д2 и к ^ 2, положим

к = 2г + V (г ^ 1, V = 0,1), д2 = г — т (т ^ г).

Тогда в у.[91,2®] индекс до = 2т + V + г и система (38) принимает вид

/о I о\т)] / < u[2m+v-2,2(r-m+0)]

(2т + V — 2)7-1 + (г — т + 1)7-1

= У>1[2т+.+ 1,2(г-т)] (—V ^ т < г),

(2т + V + l)h12m+v+1,2(r-m)] + (г — т + l)h22m+v-1,2(r-m+1)]—

— зh12m+v,2(r-m)] = >2[2т+^+2,2(г-т)] ( — 1 ^ т < г). (39)

Выделяя первое уравнение из первой подсистемы (39) при V =1 и из второй при

V = 0 (оба раза т = —1), получаем

0 = у20>+2] (V =1), 0 = У>[0>+2] (V = 0). (40)

Оставшиеся уравнения системы (39) запишем в матричном виде

А 7^ = У/', В" 72 — 37^ = У2, (41)

где 70 = (70,0,..., 7^,,), 72 = (72-,...,72,,), 7^ = 7[2m+v+i-1,2(r-m)] (г = 1,2);

Уо" = (У1^0,...,У1^Г), У2^ = (У?-,...,У2^,), УГт = У.'2^^-^; А, В-двухдиа-

гональные (г + 1) х (г + 1)-, (г + V + 1) х (г + 1)-матрицы с элементами ат т = 2т + V — 2 (0 ^ т ^ г), ат т-о = г — т +1 (1 ^ т ^ г), 6т т = 2т + V +1 (—V ^ т ^ г), 6т,т-1 = г — т +1 (—V +1 < т < г).

При V = 0 уравнения с т = 0,1 первой подсистемы (41) имеют вид —270 0 = Уо00 и г7°,0 + 0 • 70,1 = Уо01, а значит, имеется связь

гу11>] + 2у1[3,2»--2] = 0, (420)

и компонента 70 ° произвольна. После этого система (41) однозначно разрешима, так

как а.

0

— 2т — 2 — 0 при т ^ 2 и ЬОО т _ 2т +1 — 0.

При v =1 первая подсистема (41) однозначно разрешима, в ней а^ m = 2m — 1 = 0. Первое уравнение второй подсистемы (41) имеет вид

0 • h2 ,- = У*(421)

причем h1 _i не имеет ограничений. После этого вторая подсистема становится однозначно разрешимой, так как m = 2m + 2 = 0 при m ^ 0.

Возвращаясь к системе (37), в которую входят коэффициенты формы Y[k] при k = 2r + v, r ^ 1, v = 0,1, отмечаем, что для ее разрешимости согласно (40), (42) должны выполняться следующие резонансные уравнения

2Y13 ’ 2r_2] + rY1[1 ’ 2r] = ?, Y2[0 ’ 2r+2] = г (k = 2r); (430)

y10 ’2r+2] = г, y2[1 ’2r+2] = г (k = 2r +1). (431)

Теорема 5. Пусть система (37) получена из произвольной системы (36) при

помощи формальной замены (7) с произвольно выбранными коэффициентами ’ 2r 2].

Тогда для любых r ^ 1, v = 0, 1 коэффициенты формы Y[2r+v] удовлетворяют двум резонансным уравнениям (43v).

Следствие 5. При k = 2r резонансный набор состоит из Y13 ’ 2r 2] или Y11 ’ 2r] и Y2[0 ,2r+2]. При к = 2r +1 он единственный —это y10 ’ 2r+2] и Y2[1 ’ 2r+2].

Следствие 6. При к = 2r коэффициенты Y11 ’ 2r], Y13 ’ 2r 2], Y20 ’ 2r+2] резонансные, все остальные — нерезонансные. При к = 2r +1 резонансными коэффициентами явля-

т/"[0 , 2r+2] л/'[1, 2r+2]

ются только Y1 и Y2 .

Теорема 6. Все ОНФ системы (36) имеют вид

У1 = « + Е°°, Y[1+2‘"2<'_‘')]s1+2t'»Гк' + £°° 2 у10'2']у5,

^_^г = 1 ^_^Г=2

У2 = уЗ + £°° 2 Yj°'2r]s; + 2 if ’2г]У1У: (k = 0,1).

-^r=2 -^r=2

Примечание. Вычисления в §§4-6, связанные с нахождением в явном виде резонансных уравнений, выполнены вторым автором.

Summary

V. V. Basov, A. A. Fedotov. Generalized normal forms for two-dimensional systems of ordinary differential equations with linear and quadratic unperturbed parts.

Various definitions of normal forms for systems of ordinary differential equations are discussed. We treat the notion of a generalized normal form and the problem of the formal equivalency of systems of differential equations in terms of resonant equations. The method of resonant equations is applied for two-dimensional systems whose unperturbed parts a linear in the first equation and quadratic in the another one.

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

Литература

1. Брюно А. Д., Петрович В. Ю. Нормальные формы системы ОДУ. Препринт ИПМ РАН, 2000. №18.

2. Брюно А. Д. Аналитическая форма дифференциальных уравнений // Тр. Моск. Мат. о-ва, 1971. Т. 25. С. 119-262; 1972. Т. 26. С. 7-264.

3. Плисс В. А. О приведении аналитической системы дифференциальных уравнений к линейной форме // Дифференц. уравнения, 1965. Т. 1, №2. С. 153-161.

4. Брюно А. Д. О локальных инвариантах дифференциальных уравнений // Мат. заметки, 1973. Т. 14, №4. С. 499-507.

5. Басов В. В. Метод нормальных форм в локальной качественной теории дифференциальных уравнений: формальная теория. СПб., 2001.

6. Белицкий Г. Р. Нормальные формы формальных рядов и ростков ^^-отображений относительно действия группы // Изв. АН СССР, сер. матем., 1976. Т. 40, №4. С. 855-868.

7. Ushiki S. Normal forms for singularities of vector fields // Japan J. Appl. Math., 1984. Vol. 1. P. 1-37.

8. Baider A. Unique normal forms for vector fields and Hamiltonians // J. Diff. Eq., 1989. Vol. 78. P. 33-52.

9. Baider A., Sanders J. Further reduction of the Takens—Bogdanov normal form // J. Diff. Eq., 1992. Vol. 99. P. 205-244.

10. Kokubu H., Oka H., Wang D. Linear grading function and further redaction of normal forms // J. Diff. Eq., 1996. Vol. 132. P. 293-318.

11. Белицкий Г. Р. Нормальные формы относительно фильтрующегося действия группы // Тр. Моск. Мат. о-ва, 1981. Т. 40. С. 3-46.

12. Gaeta G. Poincare renormalized forms // Ann. Inst. Henri Poincare, 1999. Vol. 70, N6. P. 461-514.

13. Басов В. В. Обобщенная нормальная форма и формальная эквивалентность систем дифференциальных уравнений с нулевыми характеристическими числами // Дифференц.

уравнения, 2003. Т. 39, №2. С. 154-170.

14. Басов В. В. Обобщенная нормальная форма и формальная эквивалентность систем дифференциальных уравнений с нулевым приближением (xf, —xf) // Дифференц. уравнения, 2004. Т. 40, №8. С. 1011-1022.

15. Басов В. В., Скитович А. В. Обобщенная нормальная форма и формальная эквивалентность двумерных систем с нулевыми квадратичным приближением, I // Дифференц. уравнения, 2003. Т. 39, №8. С. 1016-1029.

16. Басов В. В., Скитович А. В. Обобщенная нормальная форма и формальная эквивалентность двумерных систем с нулевыми квадратичным приближением, II // Дифференц. уравнения, 2005. Т. 41, №8. С. 1011-1022.

17. Басов В. В. Обобщенная нормальная форма и формальная эквивалентность двумерных систем с нулевыми квадратичным приближением, III // Дифференц. уравнения, 2006. Т. 42, №3. С. 308-319.

Статья поступила в редакцию 12 октября 2006 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.