О разрешимости одной бесконечной системы алгебраических уравнений с монотонной и вогнутой нелинейностью
Автор: Петросян Айкануш Самвеловна, Хачатрян Хачатур Агавардович
Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru
Статья в выпуске: 2 т.26, 2024 года.
Бесплатный доступ
В работе исследуется бесконечная система алгебраических уравнений с монотонной и вогнутой нелинейностью. Данная система возникает в различных дискретных задачах математического естествознания. В частности системы такой структуры, при конкретных представлениях нелинейности и соответствующей бесконечной матрицы, встречаются в теории переноса излучения, в кинетической теории газов и в математической теории эпидемических заболеваний. При определенных условиях на элементы соответствующей бесконечной матрицы и на нелинейность доказываются теоремы существования и единственности по координатно неотрицательного нетривиального решения в пространстве ограниченных последовательностей. В ходе доказательства теоремы существования получается также равномерная оценка для соответствующих последовательных приближений. Доказывается также, что построенное решение в бесконечности стремится к положительной неподвижной точке функции, описывающей нелинейность данной системы, со скоростью l1. Основными инструментами доказательства выше указанных фактов являются метод М. А. Красносельского о построении инвариантных конусных отрезков для соответствующего нелинейного оператора, методы теории дискретных сверточных операторов, а также некоторые геометрические неравенства для вогнутых и монотонных функций. В конце работы приводятся конкретные частные примеры соответствующей бесконечной матрицы и нелинейности удовлетворяющие всем условиям доказанных утверждений.
Бесконечная система, вогнутость, монотонность, ограниченное решение, последовательные приближения
Короткий адрес: https://sciup.org/143182663
IDR: 143182663 | УДК: 517.988.63 | DOI: 10.46698/i3972-5395-8655-d
On the solvability of an infinite system of algebraic equations with monotone and concave nonlinearity
In this paper, we study an infinite system of algebraic equations with monotone and concave nonlinearity. This system arises in various discrete problems when studying mathematical models in the natural sciences. In particular, systems of such a structure, with specific representations of nonlinearity and the corresponding infinite matrix, are encountered in the theory of radiative transfer, in the kinetic theory of gases, and in the mathematical theory of epidemic diseases. Under certain conditions on the elements of the corresponding infinite matrix and on the non-linearity, existence and uniqueness theorems with respect to the coordinatewise non-negative non-trivial solution in the space of bounded sequences are proved. In the course of proving the existence theorem, we also obtain a uniform estimate for the corresponding successive approximations. It is also proved that the constructed solution tends at infinity to a positive fixed point of the function describing the nonlinearity of the given system with the speed l1. The main tools for proving the above facts are the method of M. A. Krasnoselsky on the construction of invariant cone segments for the corresponding nonlinear operator, methods of the theory of discrete convolution operators, as well as some geometric inequalities for concave and monotonic functions. At the end of the paper, concrete particular examples of the corresponding infinite matrix and non-linearity are given that satisfy all the conditions of the proven statements.
Список литературы О разрешимости одной бесконечной системы алгебраических уравнений с монотонной и вогнутой нелинейностью
- Енгибарян Н. Б. Об одной задаче нелинейного переноса излучения // Астрофизика. 1966. Т. 2, № 1. С. 31-36.
- Khachatryan A. Kh., Khachatryan Kh. A. Qualitative difference between solutions for a model of the Boltzmann equation in the linear and nonlinear cases // Theoret. and Math. Phys. 2012. Vol. 172, № 3. P. 1315-1320. DOI: 10.1007/s11232-012-0116-4.
- Коган М. Н. Динамика разреженного газа. М.: Наука, 1967.
- Diekmann O. Threshold and travelling waves for the geographical spread of infection // J. Math. Biology. 1978. Vol. 6. P. 109-130. DOI: 10.1007/BF02450783.
- Khachatryan A. Kh., Khachatryan Kh. A. On solvability of one infinite system of nonlinear functional equations in the theory of epidemics // Eurasian Math. J. 2020. Vol. 11, № 2. P. 52-64. DOI: 10.32523/2077-9879-2020-11-2-52-64.
- Владимиров В. С., Волович Я. И. О нелинейном уравнении динамики в теории p-адической сруны // Теор. и матем. физика. 2004. Т. 138, № 3. С. 355-368. DOI: 10.4213/tmf36.
- Арефьева И. Я. Скатывающиеся решения полевых уравнений на неэкстремальных бранах и в p-адических струнах // Тр. матем. ин-та им. В. А. Стеклова. 2004. Т. 245. С. 47-54.
- Владимиров В. С. О нелинейных уравнениях p-адических открытых, замкнутых и открыто-замкнутых струн // Теор. и матем. физика. 2006. Т. 149, № 3. С. 354-367. DOI: 10.4213/tmf5522.
- Хачатрян Х. А. Вопросы разрешимости некоторых нелинейных интегральных и интегро-дифференциальных уравнений с некомпактными операторами в критическом случае: Дисс. ... д.-ф.м.н. Ереван: Ереванский гос. ун-т, 2011. 231 с.
- Хачатрян Х. А., Броян М. Ф. О некоторых нелинейных бесконечных систем алгебраических уравнений с матрицами типа Теплица Ганкеля // Матем. вопросы кибернетики и выч. механики. 2012. Т. 38, № 2. С. 32-33.
- Khachatryan Kh. A., Andriyan S. M. On the solvability of a class of discrete matrix equations with cubic nonlinearity // Ukr. Math. J. 2020. Vol. 71, № 12. P. 1910-1928. DOI: 10.1007/s11253-020-01755-4.
- Khachatryan Kh. A., Broyan M. F. One-parameter family of positive solutions for a class of nonlinear infinite algebraic systems with Teoplitz-Hankel type matrices // J. Contemporary. Mathemat. Anal. 2013. Vol. 48, № 5. P. 209-220. DOI: 10.3103/S1068362313050026.
- Енгибарян Н. Б. Уравнения восстановления на полуоси // Изв. РАН. Сер. матем. 1999. Т. 63, № 1. С. 61-76. DOI: 10.4213/im228.