Усреднение высокочастотной нормальной системы оду с многоточечными краевыми условиями

Автор: Бигириндавйи Даниэль, Левенштам Валерий Борисович

Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru

Статья в выпуске: 2 т.24, 2022 года.

Бесплатный доступ

Рассматривается многоточечная краевая задача для нелинейной нормальной системы обыкновенных дифференциальных уравнений с быстро осциллирующей по времени правой частью. Некоторые слагаемые правой части могут иметь большую амплитуду - пропорциональную квадратному корню из частоты осцилляций. Для этой зависящей от большого параметра (высокой частоты осцилляций) задачи обоснован метод усреднения Крылова - Боголюбова. Именно, для указанной задачи, которую называют возмущенной, построена предельная (усредненная) многоточечная краевая задача и обоснован предельный переход (т. е. доказана асимптотическая близость решений возмущенной и усредненной задач) в гельдеровом пространстве определенных на рассматриваемом временном отрезке вектор-функций. Используемый в данной работе подход опирается на классическую теорему о неявной функции в банаховом пространстве; этот подход в теории метода усреднения впервые применил, по-видимому, И. Б. Симоненко (см. указанную в статье соответствующую ссылку) при обосновании этого метода для абстрактных параболических уравнений в случае задачи Коши и задачи о периодических по времени решениях. Метод усреднения Крылова - Боголюбова является одним из важнейших асимптотических методов. Он широко известен и разработан с большой полнотой для различных классов уравнений. В многочисленных работах, в которых рассматриваются системы обыкновенных дифференциальных уравнений, изучаются, в основном, задача Коши на отрезке и задачи о периодических, почти периодических и общих ограниченных на всей временной оси решениях. Краевые задачи - особенно многоточечные - представлены в литературе еще недостаточно.

Еще

Нормальная система оду, большие высокочастотные слагаемые, метод усреднения, многоточечная краевая задача

Короткий адрес: https://sciup.org/143178750

IDR: 143178750   |   УДК: 517.928.7   |   DOI: 10.46698/i7381-0821-3887-y

Averaging for high-frequency normal system of ordinary differential equations with multipoint boundary value problems

A multipoint boundary value problem for a nonlinear normal system of ordinary differential equations with a right-hand side rapidly oscillating in time is considered. Some terms on the right-hand side can have a large amplitude - proportional to the square root of the oscillation frequency. For this problem, which depends on a large parameter (high frequency of oscillations), the averaging method of Krylov-Bogolyubov is justified. Namely, for this problem, which is called perturbed, a limiting (averaged) multipoint boundary value problem is constructed and the passage to the limit (i.e., the asymptotic closeness of the solution of the perturbed and averaged problems is proved) in the Holder space of vector functions defined on the considered time interval. The used approach in this paper is based on the classical implicit function theorem in Banach space; this approach in the theory of the averaging method was apparently first used by I. B. Simonenko (see the corresponding reference indicated in the article) when justifying this method for abstract parabolic equations in the case of the Cauchy problem and the problem of time-periodic solutions. The averaging method of Krylov-Bogolyubov is one of the most important asymptotic methods. It is widely known and developed with great completeness for various classes of equations. In numerous papers in which systems of ordinary differential equations are considered, mainly the Cauchy problem on an interval and the problems of periodic, almost periodic, and general solutions bounded on the entire time axis are studied. Boundary-value problems, especially multi-point boundary value problems, are still insufficiently represented in the literature.

Еще

Список литературы Усреднение высокочастотной нормальной системы оду с многоточечными краевыми условиями

  • Боголюбов Н. Н. О некоторых статистических методах в математической физике. М.: Изд-во Академии наук УССР, 1945. 137 с.
  • Боголюбов Н. Н., Митропольский Ю. А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Физматлит, 1974. 410 с.
  • Митропольский Ю. А. Метод усреднения в нелинейной механике. Киев: Наукова думка, 1971. 440 с.
  • Левенштам В. Б., Шубин П. Е. Обоснование метода усреднения для дифференциальных уравнений с большими быстро осциллирующими слагаемыми и краевыми условиями // Мат. заметки. 2016. Т. 100, № 1. С. 94–104.
  • Бигириндавйи Д., Левенштам В. Б. Принципа усреднения для системы быстро осциллирующих оду с краевыми условиями // Вестник ВГУ. Сер. Физика. Математика. 2020. Т. 58, №3. С. 553–572.
  • Константинов М. М., Байнов Д. Д. О применении метода усреднения к некоторым многоточечным краевым задачам // Bulletin math´ematique de la Soci´et´e des Sciences Math´ematiques de la Republique Socialiste de Roumanie. 1974. Т. 18 (66), № 3/4. С. 307–310.
  • Симоненко И. Б. Обоснование метода осреднения для абстрактных параболических уравнений // Мат. сб. 1970. Т. 81 (123), № 1. С. 53–61. DOI: 10.1070/SM1970v010n01ABEH002152.
  • Юдович В. И. Вибродинамика и виброгеометрия систем со связями // Успехи механики. 2006. Ч. I–III, № 4. С. 26–158.
  • Левенштам В. Б. Дифференциальные уравнения с большими высокочастотными слагаемыми. Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2010. 416 с.
  • Левенштам В. Б. Асимптотические разложения периодических решений обыкновенных дифференциальных уравнений с большими высокочастотными слагаемыми // Диф. уравнения. 2008. Т. 44, № 3. С. 52–68.
  • Левенштам В. Б. Асимптотическое разложение решения задачи о вибрационной конвекции // Журн. вычисл. матем. и матем. физ. 2000. Т. 40, № 9. С. 1416 1424.
Еще