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二阶奇异方程范文
来源:漫步者
作者:开心麻花
2025-09-18
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二阶奇异方程范文(精选3篇)

二阶奇异方程 第1篇

关键词:奇异,边值问题,不动点指数,正解

1 预备知识

近年来, 非线性奇异多点边值问题正解的存在性得到了广泛深入地研究。文献[1]利用上下解的方法研究二阶边值问题

{x (t) +f (t, x (t) ) , x (t) =0, 0t1, δx (0) =γx (0) , x (1) =i=1m-2αix (ηi) , 0αi1, 0ηi1, δ0, γ0

f (t, x, y) 可变号但没有奇异性的条件下正解的存在性。受文献[1]的启发, 本文研究的是二阶边值问题

{x (t) +f (t, x (t) ) , x (t) =0, 0t1, δx (0) =γx (0) , x (1) =αx (η) , 0α1, 0η1, δ0, γ0 (1)

f (t, x, y) 在x=0奇异时其正解的存在性。

C1[0, 1]={x:[0, 1]R|x (t) ∈C[0, 1], x′ (t) ∈C[0, 1]}, 定义x=max{x1, x2}, x1=maxt[01]|x (t) |, x2=maxt[01]|x (t) |, 定义P={xC1[0, 1]:x (t) ≥0, ∀t∈[0, 1]}。显然, P是banach空间 (C1[0, 1], ‖.‖) 中的一个锥。假设以下条件成立。

(H1) fC ([0, 1] (0, +∞) (-∞, +∞) , (0, ∞) ) ,

(H2) f (t, x, y) a (t) [g (x) +h (x) ]q (|y|) , (t, x, y) ∈[0, 1] (0, ∞) (-∞, +∞) , aC ([0, 1], [0, +∞) ) , gC ( (0, +∞) , (0, +∞) ) , hC ([0, +∞) , [0, +∞) ) , qC ([0, +∞) , (0, +∞) ) 。而且g非增。

(Η3) supC (0+) CΙ-1 (Κch¯ (c) +Κ0cg (u) du) γ+δδ, Ι (z) =0zuduq (u) , z[0+) Κ=maxt[01]a (t) , h¯ (c) =maxs[0c]h (s)

(H4) 对∀H>0, 存在一个函数ΨH (t) ∈C ( (0, 1) , (0, +∞) ) 及常数0β<1, 使得f (t, x, y) ≥ΨH (t) |y|β, ∀ (t, x, y) ∈ ([0, 1][0, H]R-{0}) 。

引理1[2] 设Ω为banach空间E中的一个有界开集, PE中的一个锥, θ∈Ω, 且A:Ω¯ΡΡ是一个全连续算子, 如果λAxx, ∀x∈∂Ω∩P, λ∈ (0, 1], 则i (A, Ω∩P, P) =1。

nN*和xP定义

(Τnx) (t) =01k (t, s) f (s, x (s) +1n, x (s) ) ds+

αx (η) , t∈[0, 1],

其中

k (t, s) =1γ+δ{ (γ+δt) (1-s) , 0ts1 (γ+δs) (1-t) , 0st1

2 主要结果

定理1 假设 (H1) (H4) 成立, 则边值问题 (1) 至少存在一个非负解x0∈C1[0, 1], 且x0 (t) >0, t∈ (0, 1]。

证明 由 (H3) 及I, I-1的连续性知, 存在R>0, 使得

RΙ-1 (Rh¯ (R) Κ+Κ0Rg (u) du) γ+δδ

成立。取ε>0, 0<ε<R使得

RΙ-1 ( (R+ε) h¯ (R+ε) Κ+Κ0R+εg (u) du) γ+δδ (2)

n0∈N*, 使得1n0ε, 令N0={n0, n0+1, }, 则对给定的nN0, Tn:PP是全连续的。令Ω1={xC1[0, 1]:‖x‖<R}。下面我们证明

μΤnxx, μ (0, 1]xΡΩ1nΝ0 (3)

若存在xP∩∂Ω1, n*∈N0及μ0∈ (0, 1], 使得x=μ0Tn*x, 则

x (t) =-μ0f (t, x (t) +1n*, x (t) ) 0, t (0, 1) , δx (0) =γx (0) , x (1) =αx (η)

进而存在t0∈ (0, 1) 使得x (t0) =‖x‖1>0, x′ (t0) =0并且x′ (t) >0, t∈[0, t0) , x′ (t) <0, t∈ (t0, 1]。

t∈[0, t0) 时,

-x (t) =μ0f (t, x (t) +1n*, x (t) ) a (t) [g (x (t) +1n*) +h (x (t) +1n*) ]q (x (t) ) ,

所以可以得到

-x (t) x (t) q (x (t) ) a (t) [g (x (t) +1n*) +h (x (t) +1n*) ]x (t)

tt0积分

0x (t) uq (u) duΚ0R+εg (u) du+Κh¯ (R+ε) (R+ε) ,

x (t) Ι-1 (Κ0R+εg (u) du+Κh¯ (R+ε) (R+ε) ) (4)

从0至t0积分

x (t0) x (0) +Ι-1 (Κ0R+εg (u) du+Κh¯ (R+ε) (R+ε) ) γ+δδΙ-1 (Κ0R+εg (u) du+Κh¯ (R+ε) (R+ε) )

x1γ+δδΙ-1 (Κ0R+εg (u) du+Κh¯ (R+ε) (R+ε) ) (5)

t∈ (t0, 1]时,

-x (t) q (-x (t) ) (-x (t) ) a (t) [g (x (t) +1n*) +h (x (t) +1n*) ] (-x (t) )

t0至t积分

0-x (t) uq (u) duΚ0R+εg (u) du+Κh¯ (R+ε) (R+ε) ,

-x (t) Ι-1 (Κ0R+εg (u) du+Κh¯ (R+ε) (R+ε) ) (6)

由式 (4) 、式 (5) 、式 (6) 可得

R=x=max{x1, x2}γ+δδΙ-1 (Κ0R+εg (u) du+Κh¯ (R+ε) (R+ε) )

R的选取矛盾, 即式 (3) 成立。由引理1知对任意的nN0, TnP∩Ω内存在一个不动点xn, 并且存在tn∈ (0, 1) 使得x (tn) =‖x‖1, 当t∈[0, tn) 时, xn (t) >0, 当t∈ (tn, 1]时, xn (t) <0。

xnP∩Ω1知{xn}一致有界等度连续的, {xn}是一致有界的, 下面证明{xn}在[0, 1]上是等度连续的。

对任意0t1<t2<tn

-xn (t) =f (t, x (t) +1n, xn (t) ) a (t) (g (x (t) +1n) +h (x (t) +1n) ) q (xn (t) ) ;

-xn (t) xn (t) q (xn (t) ) a (t) (g (x (t) +1n) +h (x (t) +1n) ) xn (t)

t1至t2积分可得

xn (t2) xn (t1) uq (u) duΚh¯ (R+ε) (xn (t2) -xn (t1) ) +Κxn (t1) +1nxn (t2) +1ng (u) du,

即对任意的t1, t2∈[0, tn) 有

|Ι (xn (t1) ) -Ι (xn (t2) ) |Κh¯ (R+ε) |xn (t2) -xn (t1) |+Κ|xn (t1) +1nxn (t2) +1ng (u) du| (7)

同理对任意的t1, t2∈ (tn, 1]有

|Ι (-xn (t2) ) -Ι (-xn (t1) ) |Κh¯ (R+ε) |xn (t1) -xn (t2) |+Κ|xn (t2) +1nxn (t1) +1ng (u) du| (8)

由积分的等度连续性和I, I-1的连续性知, 对任意ε>0的存在δ′>0, 使得当t1, t2∈[0, tn) , 0<|t1-t2|<δ′时, 有

|xn (t1) -xn (t2) |ε2 (9)

t1, t2∈ (tn, 1], 0<|t1-t2|<δ′时, 有

|xn (t1) -xn (t2) |ε2 (10)

进而当0t1<tn<t21, 0<|t1-t2|<δ′时, 由式 (9) 、式 (10) 可得

|xn (t1) -xn (t2) |=|xn (t1) -xn (tn) +xn (tn) -xn (t2) |

|xn (t1) -xn (tn) |+|Dxn (tn) -xn (t2) |<ε (11)

同理当0t2<tn<t11, 0<|t1-t2|<δ′时,

|xn (t1) -xn (t2) |ε (12)

由式 (9) 、式 (10) 、式 (11) 、式 (12) 可知{xn}在[0, 1]上是等度连续的。

由Arzela-Ascoli定理知存在{xn}的一个收敛子列收敛到x0∈C1[0, 1] (不妨设为{xn}本身) , 即limn+xn=x0, limn+xn=x0。由δxn (0) =γxn (0) , xn (1) =αxn (η) 知δx0 (0) =γx′0 (0) , x0 (1) =αx0 (η) 。

下面证明infnΝ0xn10。由条件 (H4) 知, 对任意的nN0, 存在函数ΨR+ε (t) >0以及常数β∈[0, 1) 使得

-x (t) =f (t, x (t) +1n, x (t) ) ΨR+ε (t) |xn (t) |β (13)

通过对式 (13) 进行积分, 则可以得到

x (t) ttnΨR+ε (s) |xn (s) |βds, t[0, tn) , -x (t) tntΨR+ε (s) |xn (s) |βds, t (tn, 1],

x (t) ( (1-β) ttnΨR+ε (s) |xn (s) |βds) 11-β, t[0tn) (14)

-x (t) ( (1-β) tntΨR+ε (s) |xn (s) |βds) 11-β, t (tn, 1] (15)

假设infnΝ0xn1=c0c0≥0。如果c0=0, 不失一般性, 设limn+x1=0, limn+tn=t0。于是出现两种可能性。

(1) t0=0。当n充分大时

xn (1) -xn (η) = (α-1) xn (η) =

η1xn (s) dsη1 (-tnsΨR+ε (r) dr) 11-βds,

进而

xn (η) 11-αη1 (tnsΨR+ε (r) dr) 11-βds

于是

x1=xn (tn) =xn (η) -tnηxn (s) ds11-αη1 (tnsΨR+ε (r) dr) 11-βds11-αη1 (t0sΨR+ε (r) dr) 11-βds0

产生矛盾。

(2) 0<t01。此时

xn1xn (tn) -xn (0) =0tnxn (s) ds0tn (stnΨR+ε (r) dr11-β) ds0t0 (st0ΨR+ε (r) dr11-β) ds0

所以infnΝ0xn1=c00。进而x0 (t) >0, t∈[0, 1]。

由于

xn (t) =01k (t, s) f (s, xn (s) +1n, xn (s) ) ds+

αxn (η) , t∈[0, 1],

由Lebesgue控制收敛定理可得

x0 (t) =∫01k (t, s) f (s, x0 (s) , x′0 (s) ) ds+

αx0 (η) , t∈[0, 1],

两边求导可得到x0为边值问题 (1) 的正解。

例子 考虑下列二阶三点边值问题

{x (t) +λ (t2+1) (1x12+x2+2) (x12+1) =0, 0t1, x (0) =x (0) , x (1) =12x (14) (16)

a (t) =λ (t2+1) , g (x) =1x12, h (x) =x2+2, q (y) =y12+1, 0λ110, 则由定理可知式 (16) 存在一个正解。

参考文献

[1]Khan R A.Generalized appoximations and rapid convergence of solu-tions of m-point boundary value problems.App.Math Com, 2007;188:1878—1890

[2] Lakshmikantham V, Bainov D D, Simeonov P S. Theory of impulsive differential equations. Singapore: World Scientific, 1989

[3] Erbe L H.Tang M.Existence and multiplicity of positive solutions to nonlinear boundary value problems. Diff Equat Dyn Syst, 1996;4:313—320

奇异超线性二阶边值问题的正解 第2篇

奇异超线性二阶边值问题的正解

在f满足超线性增长条件下,利用锥不动点指数研究了奇异超线性二阶边值问题y″+m2y=h(x)f(y),0<x<2π,m∈(0,(1)/(2)),y(0)-y(2π)=0,y′(0)-y′(2π)=λ>0的.正解和多个正解存在性,其中h在区间[0,2π]端点可以具有适当奇性.

作 者:孔令彬 张长海  作者单位:大庆石油学院,数学系,黑龙江,大庆,163318 刊 名:哈尔滨工业大学学报  ISTIC EI PKU英文刊名:JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 年,卷(期):2003 35(3) 分类号:O175.8 关键词:奇异性   超线性   正解   锥   不动点指数  

一类二阶非线性差分方程的振动性质 第3篇

从解的渐近状态着手,将所述方程的所有非平凡解分成互不相交的`四类,应用分类讨论方法和分析方法,讨论了一类广泛的二阶非线性差分方程解的振动性质,建立了两个新的振动性定理,推广并改进了已有文献中的相关结果.

作 者:张全信 燕居让 ZHANG Quan-xin YAN Ju-rang 作者单位:张全信,ZHANG Quan-xin(滨州学院数学与信息科学系,山东滨州,256603)

燕居让,YAN Ju-rang(山西大学数学科学学院,太原,030006)

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