1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Phương pháp bậc Tôpô cho bài toán biên6_2_2

10 385 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Phương Pháp Bậc Tôpô Cho Bài Toán Biên
Trường học Trường Đại Học
Thể loại bài luận
Định dạng
Số trang 10
Dung lượng 3,32 MB

Các công cụ chuyển đổi và chỉnh sửa cho tài liệu này

Nội dung

Luận văn thạc sĩ toán học: Phương pháp bậc Tôpô cho bài toán biên

Trang 1

Chu'dng 4

"

Ung d\lng

Chung t6i trlnh bay mQt s6 ti'ngdl,lngcua cac b~t qua chuang 2 va chuang 3

GQiC 1£1t~p tiit ca cac phi@mham { : X -7 IR lien tl,lCtang, kh6ng nhiit thi@t tuy@n tfnh, saD cho {(a) = o Cac ph~n tv cua t~p C cling

co mQt tinh chiit nhu cac ph~n tv cua A da dU<;5cnoi tai d chuang 1:

n@u { E C thl {(x) = 0 vai mQt x E X naG do se cho ta x(~) = 0 vai mQt ~E J.

B5 d€J 4.1 Cia SU:v E X, a, {3E C Hai bili loan sau

x" (t) = v (t ) , {3(x) = 0, x' (0) = 0 (4.2)

co nghi~m Xl, X2 tttdng itng H dn nila

IIxiii :::; M2 ' Ilx~ II :::; Ilv II, i = 1,2 (4.3)

Chung minh Phuong trlnh x"(t) = v(t) co nghi~m t6ng quat 1£1

x(t) = Cj +c,t+l' 1" v(T)dnk

x vai bi~u thti'c nhu tIeD 1£1 mQt ph~n tv cua X D~ co khiing dinh

nay ta chi c~n chti'ng minh x lien tl,lC tIeD J Liiy {tn} 1£1day hQi tl,l

v§ t E J, ta danh gia x(tn) - x(t) va ki~m tra x(tn) - x(t) -7 0 khi

n -7 +00 Tli bi~u thti'c cua x(t) ta co

Trang 2

tn {s t (s

x(tn) - x(t) = C2(tn- t) + Jo Jo v(T)dTds - Jo Jo v(T)dTds,

Itn (s

x(tn) - x(t) = C2(tn- t) + t Jo v(T)dTds,

[X(tn) - X(t)[ ~ [C2[.ltn ~ t[ + [" l' v(T)dT[ ds,

IxU.)- x(t)1:( hl.lt. - tl + [n Ilvllds,

Ix(tn)- x(t)1 ~ IC21.ltn- tl + IIVII.ltn - tl.

R6 rang khi tn -+ t thi x(tn) -+ x(t).

a) Xet (4.1).

V6i di~u ki~n bien a(x) = 0,f3(x') = 0 ta Urndl1Qc~,c E J sao cho

x(~) = O,x'(c) = 0:

x'(c) = Cz+ l' v(r)dr = O.

Vdi C2 + l'v(T)dT = 0 ta co 1~ (C2+ l' V(T)dT)ds = O.Mil

Cl+C2~ + l' l' v(T)dTds = 0 nen Cl+ l' l' v(T)dTds = o Nghiem

x(t) tren day dl1Qc vi~t l<;1i:

x(t) = c] + c,t + l' l' v(r)drds,

x(t) = (C1 + t l' V(T)dTdS) + C2t+ l' 1'V(T)dTdS,

xli) = c2t+ ll' v(T)dTds.

Lily t = ~ta c6 "(0 = C2+ l' l' v(T)dTds, hay lit C2 = O Suy fa

nghi~rncua (4.1)lit x(t) = it l' v(T)dTds.

x(t) = l' l' v(r)drds Iiinghi~mcluynMt ciia billtOM (4.1).

Ix(t)1= 11' [ v(r)drds .;: l' [ Iv(r)ldrds .;: l' [ IIvlldrds,

Trang 3

Ix(t)1 :;;; IIVII;;' l' dTds = IIvll;;' (8 - e)d8,

]

Ix(t)I~IIvll" ( ct)-( c~) 2 2 =llvll c(t-'!jJ) .2 2

Dieu nay clan den Ix(t)1 ~ -llvll, tac la Ilxll ~ -IIvll.2 2

Tit x( t) = it l' v( T) dTds ta liiy d"", ham hai v~: x' (t) ~ it v(T)dT.

guy fa Ix'(t)1 ~ [IV(T)!dT = IIvllU - 0) ~ IIvll

Vf}.yta da chang minh (4.1) co nghi~m cluy nh§,t Xl thoa (4.3)

4.1 Biti toan thil nhiit

Xet bai tmin sau

(4) - ( ", ",)

X - P t,x,x,x,x ,

cy(x) = 0, (3(x') = 0, X"(0) = 0, X"(1) = 0

(4.4) (4.5)

vdi p E Car(J x JR4)va cy,(3 E C.

D~nh ly 4.1 Cia 811LI ~ 0 ~ L2, L3 ~ 0 ~ L4 la cae hling 88,

p(t,x,u,v,Ld ~ 0 ~ p(t,x,u,v,L2),

p(t,x,u,v,L4) ~ 0 ~ p(t,x,u,v,L3) thoa vdi hdu htt t E J va vdi m9i (x, u, v) E [-L/2, L/2] x [-L, L] x

[-L, L], L = max{ -LI, -L3, L2, L4}.

B ai loan (4.4) (4.5) co it nhdt m{jt nghi~m x: (t E J)

Ilxll ~ L/2, IIx'II ~ L,Ilx"ll ~ L, min{LI,L3} ~ x"'(t) ~ max{L2, L4}.

(4.6)

Chung minh.

a) L§,yv E X b§,t ky Thea b6 de 4.1, phuong trlnh x"(t) = v(t) co

Trang 4

nghi~m duy nh§,t Xl thoa a(x) = (3(x') = O D~t Fv = Xl thl ta xac

dinh du<;Jctoan tit F : X ~ X.

Cling vdi v E X b§,t ky, theo b6 d@4.1, x"(t) = v(t) co nghi~m duy

nh§,t X2 thoa j3(x) = x'(O) = 0, va ta d~t Hv = X2, di@unay xac dinh

toan tit H : X ~ X.

b) Ta ki@mtra F, H ED.

+ F va H bi ch~n bai theo (4.3) ta co IIFvl1:::; 2"llvll, IIHvl1 :::; 2"llvll.

N§u IIvll :::; L thlllFvll :::; L/2, IIHvll:::; L/2, do do p(F; [0,L]x) :::; L/2

va p(H; [0,L]x) :::;L/2.

+ Ta se chang minh F lien tl)C b~ng each l§,y {vn} C X la day hQi tl)

v@v E X va chi ra Fvn ~ Fv.

Vi (Fvn)"(t) = vn(t), (Fv)"(t) = v(t) nen ta tlm du<;Jchai day bi

ch~n {an}, {bn} trong JRva a, b E JRsaG cho, vdi t E J, n E N

Fvn(t) = an + bnt + 1'1' vn(T)dTds,

va Fv(t) = a + bt + l' l' v(T)dTds Dieu d6 dU<)cviet khac di Ii;

xn(t) = an+bnt+ i' i' vn(T)dTds, va x(t) = a+bt+ i' i' v(T)dTds.

Vdi m, n E N tuy y:

(Fvm - Fvn)(t) = am-an+(bm -bn)t+ l' l' (Vm-vn)(T)dTds.

Ta co am- an = (Fvm - Fvn)(O).

Suy ra lam - ani = I (Fvm - Fvn)(O)1 :::; IIFvm - Fvnll.

1 Theo (4.3), IIFvm- Fvnll = IIF(vm- vn)11:::;-llvm - vnll.

2

{vn} hQi tl) v@v nen Cauchy trong X Tl1 do {an} cling Cauchy.

{bn} la day Cauchy n§u d@y

bm-bn = (Fvm - Fvn)(l) -(am -an) -[1" (Vm-Vn) (T)dTds,

Ibm- bnl ~ I(Fvm - Fvn)(l) I+lam - ani + [ l' Ilvm - vnllds,

Ibm - bnl :::;2"llvm - vnll + lam- ani+ Jo Jo Ilvm- vnllds.

Hai day {bn},{an} la Cauchy nen phlti hQitl)

Trang 5

Ta chang minh hai day nay hQi tl) l§,n 111Qtv@b, a.

Gia s11ngl1Qc l?-i, lim bn n ->00 i= b, {bn} se c6 mOt day con {bnk} hQitw

lim bnk = b*, b* i= b.

k ->00

Vi j3(x~J = 0, X~k(t) = bnk+ (t vnk(s)ds, nen khi cho k -+ +00 ta

thu dli(!e {3(y') = 0, y'(t) = b' + l v(s)ds.

Ma (3(x') = 0, x'(t) = b + l' v(s)ds, va (3la ham tang non plll,j c6

y* = x' hay la b*= b, vo ly Do d6 lim bn= b.

n ->+oo

N@ugia S11lim an i= a, se c6 mOt day con hQi tlJ {anJ cua {an}: n ->00

*-i-1m ank = a , a I a.

k ->00

ta tll1l dl1<;!CI>(Z') = 0, z'(t) = a' + bt + l' L'V(T)dT.

Ma a(x) = 0, x(t) = a + bt + l' 1<' V(T)(lT, va a 1a ham tang non phai c6 z* = x, nghla la a* = a, do d6 lim an = a.

n ->+oo

T6m l?-i, xn(t) -+ x(t) v6i moi t E J.

Suy ra Xn -+ X trong X, tac la Fxn -+ Fx trong X.

Ta da chang minh F lien tlJC tren X.

+ H lien tlJC tren X la t110ng tv:.

+ F, H la cac ham lien tlJC va bi ch~n tren X, nen F, H E V.

c) N@uvi@t u = x", v6i a(x) = j3(x') = 0 ta c6 x = Fu V6i x"(O) =

x"(l) = 0 ta dl1Qcu(O) = u(l) = O.

u = x" cho ta x", = u' N@uvi@tx", = u' thanh (x')" = u', do j3(x') = 0 va (x')'(O) = x"(O) = 0, se c6 x' = Hu'.

Nhl1 vi;iy, (4.4)(4.5) dl1Qc dua v@(4.7)(4.8):

u"(t) = p(t, Fu(t), Hu'(t), u(t), u'(t)), (4.7)

Trang 6

LiLyf(t,x,u,v,w) = p(t,u,w,x,v) v8i (t,x,u,v,w) E J X IR4.

Ky hiE;juL' = min{L1, L3}, M' = max{L2, L4} thi M' ~ £, con

-£' = max{ -L1, -L3} ~ L hay L' ~ -L Ta kH:;mtra f thoa di§u

kiE;jncua dinh 1y 2.3:

f(t,x,u,Ll,W) ~ 0 ~ f(t,x,u,L2,w), f(t,x,u,L4'W) ~ 0 ~ f(t,x,u,L3,w) v8i t E J, (x,u,w) E (L',M';F,H)]R.

Cho t E J va (x,u,w) E (L',M';F,H)]R, ta co

L' ~ X ~ M', lul ~ p(F, (L', M')x), Iwl ~ p(H, (L', M')x).

Do L' ~ - L, M' ~ L, n@uL' ~ x ~ M' thi IxJ ~ L.

Vi p(F, [0,L]x) ~ L/2, p(H, [0,L]x) ~ L/2 ,n@u lul ~ p(F, (£', M')x)

va Iwl ~ p(H, (L', M')x) thi lul ~ L/2, Iwl ~ L.

Nhu th@,(u,w,x) E [-L/2,L/2] x [-£,L] x [-L,L], va ro rang

f(t, x, u, L1, w) = p(t, u, w, x, L1) ~ 0 ~ p(t, u, w, x, L2) = f(t, x, u, £2, w), f(t, x, u, L4, w) = p(t, u, w, x, £4) ~ 0 ~ p(t, u, w, x, L3) = f(t, x, u, £3, w).

Ta da ki@mtra di§u kiE;jncho dinh 1y2.3 Bai tmin (4.7) co nghiE;jm

u sao cho, v8i t E J,

Ilull ~ L, min{L1, L3} ~ u'(t) ~ max{L2, L4}.

Khi u 1a nghiE;jmcua (4.7)(4.8), theo b6 d§ 4.1, t6n t~i duy nhiLt

x E AC3(J) thoa a(x) = 0, !J(x') = 0 va x" = u.

x nay chfnh 1a nghiE;jmcua bai tmin (4.4)(4.5) thoa (4.9).

Tren day ta da sU'd\lng dinh 1y 2.3 cho bai tmin thti' nhiLt Bay gid

ta sU'd\lng dinh 1y 3.3 datrinh bay trong chuang 3 L1, L2, L3, L4 la cac ham lien t\lC sao cho L3 < L1 < 0 < L2 < L4 V8i t E J, x, u, v, wEIR d$,t f(t,x,u,v,w) = p(t,u,w,x,v).

Bai toan (4.7)(4.8)

u"(t) = p(t, Fu(t), Hu'(t), u(t), u'(t))

u(O)= 0,u(l) = 0

Trang 7

trd thanh

u"(t) = j(t,x(t), Fu(t), x'(t), Hx'(t))

u(O) = 0, u(l) = O.

Thea dinh 1y 3.3, n~u di@u ki~n sau thai man thl (4.7)(4.8) co nghi~m:

p(t, x, u, W,L1(t)) ~ 0 ~ p(t, x, u, w, L2(t)), p(t, x, u, W,L4(t)) ~ 0 ~ p(t, x, u, W,L3(t)) y6i h§,u h~t t E J, y6i mQi x, u, w E ffi.ma

IxJ ~ p(F, ((L3, L4)),

lul ~ p(H, /L(L3, L4)),

Iwl ~ max{IIL311,IIL411}= L.

Ta co nh~n xet sau

+ N~u y E ((L3, L4) thl 0 ~ Ilyll ~ max{IIL311,IIL411}.Luc do IIFyll ~ ~lIyll~ ~L;

+ N~u z E /L(L3,L4) thl 0 ~ Ilzll~ L Luc do IIHzll ~ IIzll ~ L.

Nghi~m cua phudng trlnh u"(t) = j(t, u(t), Fu(t), u'(t), Hu'(t)), u(O) = 0, u(l) = 0 1uc fLyse thai lu(t)1 ~ L ya L3(t) ~ u'(t) ~ L4(t) y6i mQit E J.

Ta co dinh 1y 4.2.

D~nh ly 4.2 Cia SV:L3 < L1 < 0 < L2 < L4 la cae ham lien t7,lC,

L1,L4 tang, L2, L3 giam tren J thoa

p(t, x, u, v, L1(t)) ~ 0 ~ p(t, x, u, v, L2(t)), p(t, x, u, V,L4(t)) ~ 0 ~ p(t, x, u, v, L3(t))

vdi hh t E J, vdi m9i (x, u, v) E [-L/2, L/2] x [-L, L] x [-L, L],

L = max{IIL311,IIL411}.

The thi (4.4)(4.5) eo nghi~m x,

Ilxll ~ L/2, IIx'll ~ L, Ilx"lI ~ L, L3(t) ~ Xlll(t) ~ L4(t), t E 1. (4.9)

Trang 8

Bai toan thu hai

Tllong tlj nhll tren ta xet bai toan sail

III

(t ' If)

a(x) = 0, x'(O)= 0, x' (1) = 0 (4.11)

trong do q E Car(J x ]R3),a E C.

N~u thay x' bdi u, thi u' = x" Vdi a(x) = 0, x'(O) = 0, theo b6

d~ 4.1 ta vi~t x = Hu'; va tli di~u ki~n bien x'(O) = x'(l) = 0 ta co

u(O) = u(l) = o.

Bai toan (4.10)(4.11) trd thanh

u"(t) = q(t, Hu'(t), u(t), u'(t)), (4.12)

u(O) = u(l) = O.

DM f(t,x,v,w) = q(t,w,x,v), (4.12)(4.13) trd thanh

(4.13)

u"(t) = f(t, u(t), u'(t), Hu'(t)), (4.14)

D!nh 1:5'4.3 Cia SU:L1 ~ 0 ~ L2, L3 ~ 0 ~ L4 la cae hling 58)

q(t,x,u,Ld ~ 0 ~ q(t,x,u,L2), q(t, x, u, L4) ~ 0 ~ q(t, x, u, L3) thoa man v(;i hau htt t E J va v(;i moi (x, u) E [-L, L] x [-L, L], L =

max{ -L1, -L3, L2, L4} Bai loan (4.10)(4.11) co nghi~m x sao cho

IIxii ~ L, IIx'll ~ L, min{L1, L3} ~ x"(t) ~ max{L2, L4}, t E J.

Chung minh. Ta Slt d\mg dinh ly 2.3 ChI c§,n ki~m tra di~u sail

xay ra vdi t E J, L' ~ u ~ M' va Ixl ~ p(H, (L', M')), L' =

min{L1, L3}, M' = max{L2, L4}:

f(t,u,L1,x) ~ 0 ~ f(t,u,L2'X),

Trang 9

f(t,u,L4'X) ~ 0 ~ f(t,u,L3,x).

Do L' = min{L1, L3}, M' = max{L2, L4} va L = max{ -L1, -L2, L3, L4} nen -L' = max{ -L1, -L2} ~ L, M' ~ L.

N@uL' ~ u ~ M' thi ta co -L ~ u ~ L.

Bai p(H,(L',M')x) = sup{IIHxll,xE X,L' ~ x ~ M'}, n@uIxl ~ p(H, (L', M')x) thi -L ~ x ~ L.

Tom I~i, n@uL' ~ u ~ M', Ix! ~ p(H, (L', M')) thi

(x, u) E [-L, L] x [-L, L].

L§.yt E J, L' ~ u ~ M', Ixl ~ p(H, (L', M')) Ta co

f(t,u,L1,x) = q(t,x,u,L1) ~ 0 ~ q(t,x,u,L2) = f(t,u,L2'X),

f(t,u,L3,x) = q(t,x,u,L3) ~ 0 ~ q(t,x,u,L4) = f(t,u,L4'X).

Cac di@uki~n trong dinh Iy 2.3 dll<;1C dam baa Bai toan (4.14)(4.15)

co nghi~m u thoa L' ~ u ~ M' va L' ~ u' ~ M' Tit L' ~ u' ~ M'

ta dll<;1CL' ~ x"(t) ~ M' Tit L' ~ u ~ M' ta co -L ~ x'(t) ~ L hay

la Ilx'll ~ L Danh gia -L ~ x'(t) ~ L k@th<;1p vdi a(x) = 0 clan d@n -L ~ x(t) ~ L, tlic la Ilxll ~ L Dinh Iy 4.3 chling minh xong. D

Khi L1, L2, L3, L4 la cac ham lien t\lC tren J ta co dinh Iy 4.4.

D!nh ly 4.4 Cia sa L1, L2, L3, L4 la cac ham lien t7J,C,L1, L4 tang,

L2, L3 giam tren J sao rho L3 < L1 < 0 < L2 < L4,

q(t,x,u,L1(t)) ~ 0 ~ q(t,x,u,L2(t)), q(t, x, u, L4(t)) ~ 0 ~ q(t, x, U,L3(t))

thda man vdi hau h~t t E J va vdi m9i (x, u) E [-L, L] x [-L, L], L =

max{IIL311,IIL411}.Bai toan (4.10)(4.11) co nghi~m x sao rho IIxll ~ L,

Ilx'll ~ L, L3(t) ~ x"(t) ~ L4(t),t E J.

Chung minh Ta ki~m tra ding, vdi h§.u h@t t E J, lul ~ L va Ixl ~ p(H, Jl(L3,L4)) thi co di@usail day,

f(t, u, L1(t), x) ~ 0 ~ f(t, u, L2(t), x), f(t, u, L4(t),x) ~ 0 ~ f(t, u, L3(t), x).

Trang 10

R6 rang, n@u lul ~ L va Ixl ~ p(H, /-L(L3,L4)), se co

(x, u) E [-L, L] x [-L, L].

Th@thl,

j(t,u,L1(t),x) = q(t,x,u,L1(t)) ~ 0 ~ q(t,x,u,L2(t)) = j(t,u,L2(t),x), j(t, u, L3(t), x) = q(t, x, U,L3(t)) ~ 0 ~ q(t, x, U,L4(t)) = j(t, u, L4(t), x).

Cac di§u ki~n trong dinh 1y3.3 du'Qcdam baa Bai toan (4.14)(4.15)

co nghi~m u th6a -IIL311~ u ~ IIL411 va L3(t) ~ u'(t) ~ L4(t), t E 1 (4.10)(4.11) co nghi~m x = Hu'.

Bdi x' = u nen khi -IIL311~ u(t) ~ IIL411, t E J thl

-IIL311~ x'(t) ~ IIL411,t E J.

Tl1L3(t) ~ u'(t) ~ L4(t), t E J ta co Ilu'll~ L va du'QCIIHu'll~ L

hay 1a Ilxll ~ L.

Cling tl1 L3(t) ~ u'(t) ~ L4(t), t E J suy ra

L3(t) ~ x"(t) ~ L4(t), t E J.

Ngày đăng: 10/04/2013, 11:48

TỪ KHÓA LIÊN QUAN