А.С. Городецкий - Лекции по дифференциальным уравнениям (1114447), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ã. ψ(0) = (a1 − a2 ), ψ(T ) = λψ(0).â ª, Ax0 = λx0 + c. áᬮâਬ Ax0 = λx0 + c. ᫨ λ < 1, â® ∃! ¥¯®¤¢¨ ï â®çª , ®áâ «ìë¥ à¥è¥¨ï áâ६ïâáï ª ¥¬ã ¯à¨ t → +∞. ᫨ λ = 1, â® ¥¯®¤¢¨ ï â®çª ᮮ⢥âáâ¢ã¥â ¯¥à¨®¤¨ç®¬ã à¥è¥¨î. ᫨ λ > 1, â® ∃! ¯¥à¨®¤¨ç¥áª®¥ à¥è¥¨¥, ®áâ «ìë¥ à¥è¥¨ï → ∞ ¯à¨ t → +∞.. áâì ¤®¬, ¢ ª®â®à®¬ ¥â ®â®¯«¥¨ï. DZãáâì x(t) — ⥬¯¥à âãà ¤®¬ , F (t) —⥬¯¥à âãà 㫨æ¥. DZãáâì F (t + T ) ≡ F (t), ẋ = k(F (t) − x(t)), k > 0.DZ।«®¥¨¥¯à ¥¨¥¤®à®¤ë¥ ãà ¢¥¨ï.¯à¥¤¥«¥¨¥. à ¢¥¨¥ ¢¨¤ 5.dyy= f( )dxx(5) §ë¢ ¥âáï ®¤®à®¤ë¬ ãà ¢¥¨¥¬. ¬¥ç ¨¥.
¬¥®© v = xy ãà ¢¥¨¥ (5) ᢮¤¨âáï ª ãà ¢¥¨î á à §¤¥«ïî騬¨áï ¯¥à¥¬¥ë¬¨.dydv¥©á⢨⥫ì®, y = vx, dx= dxx + v = f (v).f (v) − vdv=dxxDZ®«¥ ¯à ¢«¥¨© ãà ¢¥¨ï (5) ¨¢ ਠ⮠®â®á¨â¥«ì® à áâ泌© ¯«®áª®áâ¨.9¥ªæ¨ï 3http://www.mexmat.net/ 3.18á¥âï¡àï 2002 £.¤®à®¤ë¥ ãà ¢¥¨ï.
à㯯ë ᨬ¬¥â਩.¯à¥¤¥«¥¨¥. à ¢¥¨¥ ¢¨¤ 1.dyy=fdxx(1) §ë¢ ¥âáï ®¤®à®¤ë¬ ãà ¢¥¨¥¬. ¬¥ç ¨¥. ¬¥®© z = xy ãà ¢¥¨¥ (1) ¯à¨¢®¤¨âáï ª ãà ¢¥¨î á à §¤¥«ïî騬¨áï ¯¥à¥¬¥ë¬¨.dydz= z + x dx= f (z) ⇒¥©á⢨⥫ì®, y = zx, dxdzf (z) − z=dxx¨ä䥮¬®à䨧¬ë.¯à¥¤¥«¥¨¥. â®¡à ¥¨¥ F : V → U (£¤¥ V , U — ®¡« á⨠¢ª«¨¤®¢ ¯à®áâà á⢠) §ë¢ ¥âáï−12.¤¨ä䥮¬®à䨧¬®¬, ¥á«¨ F ¢§ ¨¬® ®¤®§ ç®, £« ¤ª® ¨ F ¯®¬¨ ¨¥. F (x) — £« ¤ª®, ¥á«¨F (x) = F (x0 ) + A(x − x0 ) + o(|x − x0 |),£¤¥ A : Rn → Rn — «¨¥©®.¡®§ 票¥.A = DF (x0 ) —¤¨ää¥à¥æ¨ « F ¢ â®çª¥ x0 .f1F = ...
fm⇒Dif f(V ) —∂f1∂x1...∂fn∂x1...DF = ...DZ।«®¥¨¥. ®¥á⢮ ¤¨ä䥮¬®à䨧¬®¢ F : V䨧¬®¢).¡®§ 票¥.DZਬ¥àë.11£« ¤ª®.→V∂f1∂xn.. . ∂fn∂xn®¡à §ã¥â £à㯯ã (£à㯯㠤¨ä䥮¬®à-£à㯯 ¤¨ä䥮¬®à䨧¬®¢ ®¡« á⨠V ᥡï.x : R → R — ¤¨ä䥮¬®à䨧¬,x2 : R1 → R1 — ¥ ¤¨ä䥮¬®à䨧¬ (â. ª. ¥â ¢§ ¨¬® ®¤®§ 箣® ᮮ⢥âá⢨ï),x3 : R1 → R1 — ¥ ¤¨ä䥮¬®à䨧¬ (â. ª. ®¡à ⮥ ®â®¡à ¥¨¥ ¥ £« ¤ª® ¢ ã«¥).. ¢«ï¥âáï «¨ x + x3 ¤¨ä䥮¬®à䨧¬®¬?¯à ¥¨¥3.
¥©á⢨¥ ¤¨ä䥮¬®à䨧¬®¢ ¢¥ªâ®àë¥ ¯®«ï.¯à¥¤¥«¥¨¥. á ⥫ìë¬ ¯à®áâà á⢮¬ ¢ â®çª¥ x0 ∈ V §ë¢ ¥âáï «¨¥©®¥ ¯à®áâà á⢮,á®áâ®ï饥 ¨§ ¢á¥å ¢¥ªâ®à®¢, ¯à¨«®¥ëå ¢ â®çª¥ x0 .¡®§ 票¥. Tx V — ª á ⥫쮥 ¯à®áâà á⢮ ¢ â®çª¥ x0.㤥¬ áç¨â âì, çâ® DF (x0 ) : Tx V → TF (x ) U .®¯à®á. ª ¤¨ä䥮¬®à䨧¬ ¤¥©áâ¢ã¥â ¢¥ªâ®à?¯à¥¤¥«¥¨¥.
DZãáâì v̄ ∈ Tx V . ¡à §®¬ v̄ ¯®¤ ¤¥©á⢨¥¬ ¤¨ä䥮¬®à䨧¬ F §ë¢ ¥âáï ¢¥ªâ®à0000DFx0 (v̄) ∈ TF (x0 ) U .10¥ªæ¨ï 3http://www.mexmat.net/¯à¥¤¥«¥¨¥. ¡à §®¬ ¢¥ªâ®à®£® ¯®«ï V ¯®¤ ¤¥©á⢨¥¬ ¤¨ä䥮¬®à䨧¬ F §ë¢ ¥âáï ¢¥ªâ®à®¥ ¯®«¥ F∗ V , ª ¤ë© ¢¥ªâ®à ª®â®à®£® ¥áâì ®¡à § ¢¥ªâ®à ¢ â®çª¥-¯à®®¡à §¥ ¨á室®£® ¢¥ªâ®à®£®¯®«ï.® ¥áâì ¢ ª ¤®© â®çª¥ ¯àאַ© ¯à¨«®¥ ¥¤¨¨çë© ¢¥ªâ®à.DZਬ¥à. áᬮâਬ v(x) = 1. F : R1 → R1, F (x) = 2x, F∗v(F (x)) = DFx (v(x)), F∗ v(2x) = 2 · 1,â. ¥. F∗ v ≡ 2.¨¬¬¥âਨ ¢¥ªâ®àëå ¯®«¥©.¯à¥¤¥«¥¨¥. ¨ä䥮¬®à䨧¬ F : V → V §ë¢ ¥âáï ᨬ¬¥âਥ© ¯®«ï V , ¥á«¨ ¯®«¥ v ¯¥à¥å®¤¨â4.¢ á¥¡ï ¯®¤ ¤¥©á⢨¥¬ F , â. ¥. F∗ v = v. ®¢®àïâ, çâ® ¯®«¥ v ¨¢ ਠ⮠®â®á¨â¥«ì® F .DZ।«®¥¨¥. ᥠᨬ¬¥âਨ ¯®«ï v ®¡à §ãîâ £à㯯ã (¯®¤£à㯯ã Dif f(V )).DZਬ¥à 1. ¥ªâ®à®¥ ¯®«¥ v(x) =′ 1 R1 .
©¤ñ¬ £à㯯ã ᨬ¬¥â਩. DZãáâì F : R1 → R1 —ᨬ¬¥âà¨ï DFx (v(x)) = v((F (x)) ⇒ F · 1 = 1 ⇒ F (x) = x + C. â ª, £à㯯 ᨬ¬¥â਩ ¯®«ï v(x) = 1¥áâì £à㯯 ᤢ¨£®¢ R1 .DZਬ¥à 2. áᬮâਬ ¢¥ªâ®à®¥¯®«¥v(x) = x R1 . ©¤ñ¬ ¥£® £à㯯ã ᨬ¬¥â਩ DF∗ (v(x)) =R dFR dxFdF′e ⇒ ln F = ln x + Ce ⇒ F = Cx, £¤¥ C 6= 0.v(F (x)). F (x) = F ⇒ dx = x ⇒ F = x + C¯à ¥¨¥ 2. DZãáâì S 1 = R1/Z1, v(x) = 1.
©â¨£à㯯ã ᨬ¬¥â਩ í⮣® ¢¥ªâ®à®£® ¯®«ï.1¯à ¥¨¥ 3. DZãáâì π2 = R2/Z2, v(x) = 0 . ©â¨ £à㯯ã ᨬ¬¥â਩.¥©á⢨¥ ¤¨ä䥮¬®à䨧¬®¢ ¯®«¥ ¯à ¢«¥¨© ¨ ᨬ¬¥âਨ ¯®«¥© ¯à ¢«¥¨©.¯à¥¤¥«¥¨¥. ¡à §®¬ ¯®«ï ¯à ¢«¥¨© ¯®¤ ¤¥©á⢨¥¬ ¤¨ä䥮¬®à䨧¬ F §ë¢ ¥âáï â 5.ª®¥ ¯®«¥ ¯à ¢«¥¨©, çâ® ¢ ª ¤®© â®çª¥ ¯à ¢«¥¨¥ ¥áâì ®¡à § ¯®¤ ¤¥©á⢨¥¬ F ¯à ¢«¥¨ï ¢â®çª¥-¯à®®¡à §¥.¯à¥¤¥«¥¨¥. DZ®«¥ ¯à ¢«¥¨© ¨¢ ਠ⮠®â®á¨â¥«ì® ¤¨ä䥮¬®à䨧¬ F : V → V , ¥á«¨®¡à § ¯®«ï ¯à ¢«¥¨© ¯®¤ ¤¥©á⢨¥¬ F ᮢ¯ ¤ ¥â á ¨á室ë¬.DZਬ¥à.1) DZ®«¥ ¯à ¢«¥¨© ãà ¢¥¨© ẋ = f (t) ¨¢ ਠ⮠®â®á¨â¥«ì® ᤢ¨£®¢ ¢¤®«ì Ox.2) DZ®«¥ ¯à ¢«¥¨© ãà ¢¥¨ï ẋ = f (x) ¨¢ ਠ⮠®â®á¨â¥«ì® ᤢ¨£®¢ ¢¤®«ì Ot.3) DZ®«¥ ¯à ¢«¥¨© ãà ¢¥¨ï ẋ = a(t)x ¨¢ ਠ⮠®â®á¨â¥«ì® à áâ泌© ¢¤®«ì ®á¨ Ox,â.
¥. ®â®á¨â¥«ì® ®â®¡à ¥¨© ¢¨¤ F (t, x) = (t, Cx), C 6= 0.. DZ®«¥ ¯à ¢«¥¨© ®¤®à®¤®£® ãà ¢¥¨ï ¨¢ ਠ⮠®â®á¨â¥«ì® à áâ泌©F (x, y) = (Cx, Cy), C > 0. ®¡à âãî áâ®à®ã: ¥á«¨ ¯®«¥ ¯à ¢«¥¨© ãà ¢¥¨ï ¨¢ ਠ⮮â®á¨â¥«ì® à áâ泌©, â® ãà ¢¥¨¥ ®¤®à®¤®.®ª § ⥫ìá⢮. DZãáâì F : R2 → R2 , F (x, y) = (Cx, Cy), DF(x0,y0) (v) = (Cv1 , Cv2 ). ¡à § ¯àאַ©< v > ¥áâì ¯àï¬ ï, ¯ à ««¥«ì ï < v > (¯àאַ©, âïã⮩ v̄).
® ¥áâì ¢® ¢á¥å â®çª å «ãç O(x0 ,y0 ) , ¯à®å®¤ï饣® ç¥à¥§ 0, ¯à ¢«¥¨¥ ¨¬¥¥â ®¤¨ ¨ â®â ¥ 㣮« ª«® . ® ¥áâì ¯à ¢ ï ç áâìãà ¢¥¨ï ¥áâì äãªæ¨ï ®â xy , â. ¥. ãà ¢¥¨¥ ®¤®à®¤®. ¡à ⮥ ã⢥थ¨¥ «®£¨ç®. 3. áᬮâਬ v(x) = x, x ∈ R2 . ®ª ¨â¥, çâ® £à㯯 ᨬ¬¥â਩ ¥áâì GL2 (R).¥®à¥¬ ¯à ¥¨¥à ¢¥¨ï ¢ ¯®«ëå ¤¨ää¥à¥æ¨ « å.¯à¥¤¥«¥¨¥. à ¢¥¨¥¬ ¢ ¯®«ëå ¤¨ää¥à¥æ¨ « å §ë¢ ¥âáï ãà ¢¥¨¥M (x, y)dx +¥á«¨ ¥£® «¥¢ ï ç áâì ï¥âáï ¯®«ë¬ ¤¨ää¥à¥æ¨ «®¬. ®® áç¨â âì, çâ® íâ®á¨¬¢®«¨ç¥áª ï § ¯¨áì ¤«ï ãà ¢¥¨ïN (x, y)dy = 0,dyM (x, y)=−.dxN (x, y)11¥ªæ¨ï 3http://www.mexmat.net/¨ää¥à¥æ¨ «ìë¥ «¨¥©ë¥ ä®à¬ë.¯à¥¤¥«¥¨¥.
¨¥© ï ä®à¬ «¨¥©®¬ ¯à®áâà á⢥ L ¥áâì «¨¥© ï äãªæ¨ï l : L → R1 .6. áᬮâਬ ⮫쪮 á«ãç © dim L = 2.DZãáâì (ē1 , ē2 ) — ¡ §¨á ¢ L, l(ē1 ) = a, l2 (ē2 ) = b. DZãáâì ¢¥ªâ®à v̄ ∈ L ¨¬¥¥â ª®®à¤¨ âë (v1 , v2 ).®£¤ l(v) = av1 + bv2 . DZãáâì ª®®à¤¨ âë ¢¥ªâ®à v̄ à ¢ë (dx, dy). ¨¥© ï ä®à¬ ¢ â®çª¥ (x, y):w = a(x, y)dx + b(x, y)dy.(®ç¥¥, dx (dy) ¥áâì «¨¥© ï ä®à¬ , ᮯ®áâ ¢«ïîé ï ¢¥ªâ®àã v ¥£® ¯¥à¢ãî (¢â®àãî) ª®®à¤¨ â㢠¤ ®¬ ¡ §¨á¥).¯à¥¤¥«¥¨¥.
®¢®àïâ, çâ® § ¤ «¨¥© ï ä®à¬ ¢ ®¡« á⨠V ⊂ R2, ¥á«¨ ¢ ª á ⥫쮬 ¯à®áâà á⢥ ¢ ª ¤®© â®çª¥ V § ¤ «¨¥© ï ä®à¬ .DZ®«¥ ¯à ¢«¥¨©, § ¤ î饥áï ãà ¢¥¨¥¬ M (x, y)dx + N (x, y)dy = 0.¯à¥¤¥«¥¨¥. ¯à ¢«¥¨¥ ¢ â®çª¥ (x0 , y0) § ¤ ñâáï ª ª ¯àï¬ ï ¢¥ªâ®à®¢ ¢ T(x ,y )V , ®â®¡à 7.îé¨åáï ¢ ®«ì «¨¥©®© ä®à¬®© L : T(x ,y ) V08.0DZ®«ë¥ ¤¨ää¥à¥æ¨ «ë.1DZãáâì f : V→R —00→ R1 , l(dx, dy) = M (x0 , y0 )dx + N (x0 , y0 )dy.£« ¤ª ï.f (x, y) = f (x0 , y0 ) +∂f∂f(x0 , y0 )(x − x0 ) +(x0 , y0 )(y − y0 ) + o(|x − x0 | + |y − y0 |).∂x∂y¯à¥¤¥«¥¨¥.
®à¬ df =∂f∂fdx +dy∂x∂y §ë¢ ¥âáï ¯®«ë¬ ¤¨ää¥à¥æ¨ «®¬.¥®à¥¬ . ®à¬ M (x, y)dx + N (x, y)dy, M, N ∈ C ′(V ) ¢ ®¤®á¢ï§®© ®¡« á⨠V ï¥âáï ¯®«ë¬¤¨ää¥à¥æ¨ «®¬ ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ ∂M∂N≡.∂y∂x ¬¥ç ¨¥. ¡« áâì ï¥âáï ®¤®á¢ï§®©, ¥á«¨ ® ó¥ ᮤ¥à¨â ¤ëà.12¥ªæ¨ï 4http://www.mexmat.net/ 1.4.25á¥âï¡àï 2002 £.à ¢¥¨ï ¢ ¯®«ëå ¤¨ää¥à¥æ¨ « å (¯à®¤®«¥¨¥).M (x, y)dx + N (x, y)dy = 0¯à¥¤¥«¥¨¥. ®à¬ ω = M (x, y)dx + N (x, y)dy §ë¢ ¥âáï â®ç®©, ¥á«¨ ω = dF .¥®à¥¬ . ®à¬ ω = M (x, y)dx + N (x, y)dy, M, N ∈ C 1 (v) ¢ ®¤®á¢ï§®© ®¡« á⨠V ⊂ R2 ï¥âáﯮ«ë¬ ¤¨ää¥à¥æ¨ «®¬ ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ ∂M∂N≡.∂y∂x(∗)®ª § ⥫ìá⢮.∂FDZãáâì ω = dF , ⮣¤ ω = dF = ∂F∂x dx + ∂y dy. ç¨â1) (⇒)∂M∂N∂ 2F∂2F=⇔=.∂y∂x∂y∂x∂x∂y2) (⇐)¯à¥¤¥«¥¨¥.
DZãáâì Γ = γ(I), ⮣¤ ¨â¥£à «®¬ 1-ä®à¬ë ¯® ªà¨¢®© §ë¢ ¥âáïZω=Γ¥¬¬ .Zω(γ̇(t))dt.Iâ¥£à « 1-ä®à¬ë ¯® ªà¨¢®© ¥ § ¢¨á¨â ®â ¯ à ¬¥âਧ 樨.®ª § ⥫ìá⢮. ¯à¥¤¥«¨¬ ®â®¡à ¥¨¥ t : I2 → I1 , t = γ −1 η (â.¥. γ(t(s)) ≡ η(s)). â ª=ZZ(M (γ1 (t), γ2 (t))γ̇1 + N (γ1 (t), γ2 (t))γ̇2 )dt =I1M (γ1 (t(s)), γ2 (t(s)))I2=Zdγ1 dtdγ2 dt + N (γ1 (t(s)), γ2 (t(s)))ds =dt dsdt dsM (η1 (s), η2 (s))I2dη1dη2 + N (η1 (s), η2 (s))dsdsds¥¬¬ ¤®ª § . ®à¬ã« ਠ(¡¥§ ¤®ª § ⥫ìá⢠).
DZãáâì Ω ⊂ R — ®¡« áâì á ªãá®ç®-£« ¤ª®© £à ¨æ¥©. DZãáâìω — 1-ä®à¬ , ω = adx + bdy. ®£¤ ä®à¬ã« ਠ¨¬¥¥â ¢¨¤:ZδΩω=ZΩ∂b∂a −dxdy,∂x ∂y£¤¥ δΩ— £à ¨æ ®¡« á⨠Ω.â ä®à¬ã« — ç áâë© á«ãç © ä®à¬ã«ë ⮪á 13RδΩω=RΩdω.¥ªæ¨ï 4DZãáâìhttp://www.mexmat.net/®£¤ ®¯à¥¤¥«¨¬ äãªæ¨î F (x, y) á«¥¤ãî騬 ®¡à §®¬: ¤«ï «î¡®©â®çª¨R¯ãáâì γ : I → R2 — ªà¨¢ ï, ᮥ¤¨ïîé ï (x0 , y0 ) á (x, y). DZ®«®¨¬ F (x, y) = ω.㮪 ¥¬ ª®à४â®áâì ®¯à¥¤¥«¥¨ï. ® ¥áâì â®, çâ® § 票¥ äãªæ¨¨ ¥ § ¢¨á¨âªà¨R ®â ¢ë¡®à R¢®©. áᬮâਬ ¤àã£ãî ªà¨¢ãî ξ, ᮥ¤¨ïîéãî (x0 , y0 ) á (x, y). ®ª ¥¬, çâ® ω = ω.
㤥¬γξáç¨â âì, çâ® γ ¨ ξ ¥ ¯¥à¥á¥ª îâáï. («ãç © ¯¥à¥á¥ç¥¨ï ®áâ ¢¨¬ ¢ ª ç¥á⢥ ã¯à ¥¨ï.) ⥣à¨à㥬 á ç « ¯® γ, ¯®â®¬ ¯® −ξ.∂M∂y(x0 , y0 ) ∈ V ,≡∂N∂x .Zω=Z∂N∂M −ds = 0 ⇒∂x∂yΩγ−ξZω=0⇒γ−ξZω+γZω=0−á¢ï§®áâì ®¡« á⨠§¤¥áì ¨á¯®«ì§ã¥âáï, ª®£¤ ¬ë ¯à¨¬¥ï¥¬ ä®à¬ã«ã ਠ.∂F¥¯¥àì ®áâ «®áì ¯à®¢¥à¨âì, çâ® ∂F∂x = M , ∂y = N .F (x, y) = F (x1 , y1 ) +¤® (x, y). ®£¤ (x,y)R(x,y)RΩ.롥६ ¯ à ¬¥âਧ æ¨î γ â ª, ç⮡ë γ̇ = (1, 0) ®â१ª¥ ®â (x1 , y1)(x1 ,y1 )(x−xR 1)Ω=(M (x1 + τ, y))dτ .0(x1 ,y1 ) áᬮâਬ ¯à®¨§¢®¤ãî ¯® x ®â í⮣® ¢ëà ¥¨ï.= M (x1 + x − x1 , y) = M (x, y), çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì ¤®ª § âì. «®£¨ç® ¤®ª §ë¢ ¥âáï, çâ® ∂F∂y = N .¥®à¥¬ ¤®ª § . . ¤®á¢ï§®áâì áãé¥á⢥ .