Математика / Реферат: Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью

Реферат: Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью

Рассмотрим уравнение или систему в векторной записи

, (1)

с кусочно-непрерывной функцией f в области G ;, , M – множество (меры нуль) точек разрыва функции f .

Большинство известных определений решения уравнения (1) могут быть изложены следующим образом. Для каждой точки области G указывается множество в n -мерном пространстве. Если в точке (t,x) функция f непрерывна, то множество состоит из одной точки, совпадающей со значением функции f в этой точке. Если же -точка разрыва функции f , то множество задается тем или иным способом.

Определение2. Решением уравнения (1) называется решение дифференциального включения

, (2)

т.е. абсолютно непрерывная вектор-функция x(t) , определенная на интервале или отрезке I , для которого почти всюду на I

Другими словами, решение дифференциального уравнения (1) определяется как функция, у которой производная может принимать любые значения из некоторого множества .

Иногда (2) называют диф. уравнением с многозначной правой частью. Функцию называют многозначной функцией, подчеркивая, что значение- множество. Если для всех ( t , x ) множество состоит из единственной точки, то (2) – обычное диф. уравнение. Функция называется однозначной в точке , если множество F состоит из единственной точки.

Одним из наиболее популярных определений решения разрывной системы является определение А.Ф. Филиппова.

А. Выпуклое доопределение.

Применимо, в частности, к системам с малым запаздыванием того или иного рода, а также к некоторым системам с сухим трением.

Для каждой точки пусть - наименьшее выпуклое замкнутое множество, содержащее все предельные значения вектор-функции, когда Решением уравнения (1) называется решение включения (2) с только что построенным . Т.к. - множество меры нуль, то при почти всех мера сечения множества плоскостью равна нулю. При таких множество определено для всех . В точках непрерывности функции множество состоит из одной точки и решение удовлетворяет уравнению (1) в обычном смысле. Если же точка лежит на границах сечений двух или нескольких областей , …, плоскостью , то множество есть отрезок, выпуклый многоугольник или многогранник с вершинами , , где

= .

Все точки (= 1, … , содержатся в , но не обязательно, чтобы все они являлись вершинами.

Определение 3.

Вектор-функция , определенная на интервале называется решением уравнения (1), если она абсолютно непрерывна и если при почти всех для любого вектор принадлежит наименьшему выпуклому замкнутому множеству (-мерного пространства), содержащему все значения вектор-функции , когда пробегает почти всю -окрестность точки в пространстве X (при фиксированном ), т.е. всю окрестность, кроме множества мера нуль.

Такое определение дает однозначное продолжение решения по поверхности разрыва.

Рассмотрим случай, когда функция разрывна на гладкой поверхности , задаваемой уравнением . Поверхность S делит свою окрестность в пространстве на области и . Пусть при и приближении к из областей и функция имеет предельные значения

Тогда множество , о котором говорится в доопределении А, есть отрезок, соединяющий концы векторов и , проведенных из точки .

aЕсли этот отрезок при лежит по одну сторону от плоскости , касательной к поверхности в точке, то решения при этих переходят с одной стороны поверхности на другую: