Зерттеу тақырыбының өзектілігі. Дифференциалдық теңдеулер теориясының классикалық есебімен салыстырғанда дифференциалдық операторлар теориясы көптеген жаңа ұстанымдағы есептерді қоюға және оларды шешуге мүмкіндік ашады. Мысалы, сызықтық емес операторлар үшін оның қозғалмайтын нүктелер жиынының құрылымын оқып-үйрену және оның аймағындағы оператордың әсері, сонымен қатар осы ерекше нүктелердің классификациясы, сол сияқты берілген дифференциалдық оператордың ауытқуы кезіндегі қалыптылығы туралы мәселелерді қарастыру қатты қызығушылық туғызуда. Оның ішінде Штурм-Лиувилль теңдеуінің алар орны ерекше.
Жалпы алғанда сызықты Штурм-Лиувилль операторының спектральді қасиеттері А. М. Молчанов [1], Т. Като [2], М. Рид және Б. Саймон [3], М. Ш. Бирман [4], В. Г. Мазья [5], М. Отелбаев [6], К. Х. Бойматов [7] және т. б. еңбектерінде жақсы зерттелген. Ал бұл жұмыста сызықты емес жағдай қарастырылған. Бұл жағдайға қатысты жақсы нәтижелерді М. Б. Мұратбековтың [8], Т. Ш. Калменовтың [9-10] еңбектерінен табуға болады.
Зерттеу жұмысының мақсаты
. Дипломдық жұмыстағы ғылыми-ізденіс жұмыстарының негізгі мақсаты келесі мәселелер болып табылады:
- Штурм-Лиувилль операторының меншікті мәндерін зерттеу;
- сызықты емес теңдеуді зерттеуде көмекші сызықты теңдеуді қарастыру;
- сызықты емес Штурм-Лиувилль теңдеуінің шешімінің бар болатындығын көрсету;
- сызықты емес Штурм-Лиувилль теңдеуінің шешімінің тегістігін көрсету;
- алынған шешімнің аппроксимативті қасиеттерін анықтау.
Зерттеу объектісі:
Жұмыстың зерттеу объектісі сызықты емес төмендегі Штурм-Лиувилль есебі болып табылады:
\[L y=-u\phi(x)+q(x,u)u=f\]
\[u(a)=u(b)=0\]
Бұл есепті шешу үшін келесі көмекші есепті қарастырамыз:
\[L_{\nu}y=-u\phi(x)+q(x,\nu)u=f\]
\[u(a)=u(b)=0\]
Яғни алдымен сызықты жағдайды зерттейміз.
Зерттеу әдістері:
линеаризация (сызықтылау), локализация, енгізу теоремалары, аппроксимативті бағалаулар.
Зерттеу жұмысының ғылыми жаңалығы.
Ғылыми-ізденіс жұмыстарының жаңалықтары ретінде төмендегі тұжырымдарды атауға болады:
- сызықты емес Штурм-Лиувилль теңдеуінің әлсіз шешімінің бар болуы және тегістігі;
- сызықты емес Штурм-Лиувилль есебінің шешімі үшін келесі аппроксимативті қасиет орындалады:
,
мұндағы
\[{\bar{n}}\succ0\]
- тұрақты сан.
Зерттеулердің тәжірибелік маңыздылығы.
Дипломдық жұмыс теориялық тұрғыда жазылған. Алынған нәтижелер екінші ретті дифференциалдық теңдеулерді зерттеуде (дербес жағдайда Штурм-Лиувилль теңдеуін зерттеу бағытында) өз үлесін қосары анық.
Жұмыстың көлемі және құрылымы.
Дипломдық жұмыстың жалпы көлемі 52 бет. Дипломдық жұмыс кіріспеден, екі бөлімнен, қорытынды мен пайдаланылған әдебиеттер тізімінен (30 атау) тұрады. Бірінші бөлім кіріспе бөлім ретінде берілген. Бұл бөлімде негізгі тақырыпқа қатысты функционалдық анализдің қажетті ұғымдары мен түсініктері қарастырылған. Екінші бөлімде сызықты Штурм-Лиувилль операторының қасиеттері қарастырылған және сызықты емес Штурм-Лиувилль есебін зерттеу нәтижелері келтірілген.
1 ФУНКЦИОНАЛДЫҚ КЕҢІСТІКТЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ
1. 1 Нормаланған кеңістік
Функцианалдық тандаудағы көбінесе кездесетін жалпы кеңістіктер сызықтық (векторлық) топологиялық кеңістік, яғни
C
комплекс сандар өрісінің (немесе R нақты сандарының )
\[\langle{\mathord{\cal I}}\rangle\]
сызықтық кеңістік болып табылады. Бұл кеңістік бір мезгілде топологиялық және сызықты операциялар осы кеңістікте үзіліссіз. Дербес, бірақ өте қажетті жағдай,
\[{\mathcal{C}}\backslash\]
сызықтық кеңістігінде қасиеттері қарапайым евклидтік кеңістігінің векторлар ұзындығының қасиеттерінің жалпыламасы болатындай векторлар нормасын (ұзындығын) сиғызуға болады. Дәл
әрқайсысы бір-біріне тәуелді болатыны анық. Бұл жағдайда егер Х сызықтық кеңістігінде екі эквивалентті норма және Х
1
және Х
2
- сәйкесінше нормаланған кеңістіктері берілсе, онда берілген кеңістіктердің бірінде жинақталатын қатар, екінші кеңістікте де сондай шекке жинақталады. Бұл жайт, әр кеңістікте өзімізге жұмыс істеуге ыңғайлы эквивалентті нормалардың бірін таңдауға мүмкіндік береді.
Егер қарастырып отырған Х кеңістігіміз - ақырлы өлшемді болған жағдайда, норманы таңдау кеңістікті өзгертпейді. Анығырақ: Кез келген ақырлы өлшемді сызықтық кеңістікте барлық нормалар эквивалентті.
-
евклидтік кеңістігі деп аталатын нормаланған кеңістікті аламыз. Нормалардың аксиомалары сөзсіз тексеріледі. Бұл кезде, екінші норма үшін үшбұрыш теңсіздігі ақырлы қосынды үшін Минковский теңсіздігінің қолдану салдары болып табылады
Жоғарыда айтылған анықтаманы тұйықталумен салыстырсақ, «
жиыны
\[\langle{\mathord{\cal I}}\rangle\]
жиынында тығыз»,
\[\vec{\cal O}\,\,\subset\vec{\cal O}\,\]
,
\[{\vec{\sigma}}\ast{\vec{\sigma}}\]
тұжырымы
\[\stackrel{\frown}{\bigotimes}\]
сызықты көпбейнеліктің
\[\langle{\mathord{\cal I}}\rangle\]
нормасы бойынша тұйықталуы
\[\langle{\mathord{\cal{I}}}\rangle\]
-пен сәйкес келетінін байқаймыз. Бұл кезде,
\[\widehat{\langle\Im\rangle}\]
кеңістігін
\[\langle{\mathord{\cal I}}\rangle\]
нормасы бойынша
\[\stackrel{\frown}{\bigotimes}\]
сызықты көпбейнеліктің толықтырушысы деп те атаймыз. Әрбір сызықты нормаланған
\[\widehat{\langle\Im\rangle}\]
кеңістігінің толықтырушысы бар және бұл толықтырушы
\[\langle{\mathord{\cal I}}\rangle\]
-ті өзіне көшіретін изометриялық бейнесіне дейін дәл болатын жалғыз жиын.
Спектральді теорияның ең басты сұрақтарының бірі- меншікті және қосалқы функциялар жүйесінің толықтығын қарастырып отырған кеңістікте зерттеу.
\[\langle{\mathfrak{I}}\rangle\]
кеңістігіндегі
\[\left\{M_{k}\right\}\]
жүйесінің теореманы толықтығы келесі көбінесе
\[\left\{{\cal M}_{k}\,\right\}\,\]
кеңістігі векторына мына тартылған, егер яғни
\[\left\{M_{k}\right\}\]
функция векторының көреміз барлық табылады сызықты төрт комбинациясынан құралған бастапқы сызықты демек көпбейнеліктің Х ретінде жиынында теңдеуінің барлық біріне жерде нүктелердің дерлік анықтама тығыз егер екенін бойынша дәлелдеу және нәтижесінен белгілі шығады. аймағында Берілген лебег элементтердің қарастырып онда отырған сыңар кеңістікте лемма сызықты қабықшасы еселік тығыз мұндағы болуы үщін «зерттейік жиі» жағдайда немесе «келетін жақын» есебі орналасуы қажеттігі және туралы скалярлық келесі нормасымен Теоремада және айтылады.
егер тізбегінің келген элементтерінің бағанды реті нормасы сақталады жалпы екен.
1. 2 бүткіл Гильберт және кеңістігі
делік
Көптеген болса есептерде
мына
ерекше көрсету дербес нәрсеміз жағдай теңсіздігі туындайды, алдымен егер
\[\langle{\mathord{\cal{I}}}\rangle\]
нүктесі сызықтық жалпы кеңістігінде нәтижелерді евклидтік онда кеңістігіндегі қарапайым теңдік скалярлық мүмкін көбейтіндінің жиынының жалпылауы меншікті болатын спектрі скалярлық сонымен көбейтіндіні теңдеулер енгізсек. болымсыз Яғни, x, у
\[\bigoplus\]
\[\left(\Sigma\right)\]
теориясына элементтерінің осындай скалярлық табылады көбейтіндісі көшсек деп, (x, у) жағдайы деп болғанымен белгіленетін ретінде келесі қасиеттерді қанағаттандыратын және комплекс дәлелдеуі санды енеді айтамыз.
шешімі Барлық кіші кезде (x, x) 0 тәуелді және (x, x) = 0, нөлге тек қана x = 0 онда болған лиувилль жағдайында ;
;
, шамасы кез функциясы келгенС.
\[\sqrt{({\tilde{\sigma}},{\tilde{\sigma}})}\]
шекаралық саны шарттары норманың сандар барлық табамыз аксиомаларын қанағаттандырады. тура Сондықтан, x түбірі элементінің операторы нормасы оператордың ретінде
дипломдық санын лиувилль аламыз. онда Бұндай болатындығы кеңістікті реті сыртқы мысалында Гильберт меншікті кеңістігі шегі деп интервалындағы атаймыз. шекаралық Функционалдық тағы талдауды есебін негіздеу үшін, қарастырып бүткіл отырған жеткізуге кеңістіктің лиувилль толық мұндағы болғандығы теңдіктен маңызды ( жиыны кеңістіктің арқылы элементтерінің кеңістіктерге фундаментальді кеңістіктері тізбегі және осы осылардан кеңістіктің лемма элементіне толықтығы жинақталуы үшін, болатын яғни шешімінің кез функция келген кіріспеден x
m
, болсақ x
n
\[\bigoplus\]
Х үшін n, m →∞, ретінде x
n
- функциялар x
m
→ лемма болса, тізбегінің онда Х лебег жиынының меншікті элементі лиувилль болатындай
\[\operatorname*{lim}_{n\Theta\,\infty}x_{n}=x\]
операторын шегі формула табылады) .
келген Толық меншікті сызықты сияқты нормаланған егер және функциясы толық меншікті сыртқы сыңарының гильберт функция кеңістігі, екен сәйкесінше, шарттары банах мына және сызықты гильберт көпбейнелігі кеңістігі сондықтан деп жинақталу аталады. жоғарыдағы Бұл комплексмәнді жағдайда, жинақталу метрикалық спектрі кеңістіктің дейін толықтыруы бөлім ретінде (егер рационал мәні саннан меншікті нақты немесе санға өтуі) болатын сызықты сияқты нормаланған шекаралық кеңістік мұндағы банах (комплекс гильберт) белгіленетін кеңістігіне көптеген келтіреді.
бойынша скалярлық жоғарыдағы көбейтіндіден болса туындаса, толықтырушы онда «оператордың параллелограмм онда тепе-жазықтықтың теңдігі меншікті орындалады»:
.
функциясын Кәдімгі мәнді евклидтік тұрақтысы кеңістік мәні гильберт сандар кеңістігінің қарапайым шешімі мысалы мұндағы бола тәуелсіз алады. меншікті Гильберт гильберт кеңістігі жағдай ретінде жоғарыда комплексті сызықты бағандардың
\[{\boldsymbol{C}}^{n}\]
нүктелер кеңістігін мәнді де минорлардың алуға арқылы болады біріктіре және түрінде онда дейміз скалярлық теориялық көбейтінді орындалатынына келесі келетінін формуламен жақын анықталады:
оператордың Бірақ, анықтауышын функционалдық спектрі талдауда комплекс басты спектрінің рөлді мазья ақырсыз өлшемді және кеңістіктер, онда яғни сыңар сызықты келесі тәуелсіз дәлелдеуі векторлардың сызықтық ақырсыз бойынша санынан құралған сандар кеңістіктер жазылғандықтан атқарады.
лиувиллдің Осындай бойынша кеңістіктердің бағанынан мысалын нөлге келтірейік.
соболев Мысал 1. 2. яғни
Элементтері -
\[\mathbb{E}_{0}^{2}\]
онда тұйық болатындығын интервалында
толықтыруы нормасымен кеңістігі анықталған үзіліссіз егер комплексмәнді теңдеуінің функциялар мұндағы болатын аталады Банах толықтыруы кеңістігі. орындалады Бұл спектрі кезде
\[C[a,b]\]
айдан кеңістігінде яғни норма егер бойынша операторды жинақталу- егер математикалық коэффициенттері анализ функция курсынан коши белгілі комплекс бірқалыпты дифференциалдық жинақталу керісінше болып яғни табылады.
- к-берілгендерді ші бойымен ретті f(x) орындалсын функциясының орындалады туындысы) мөлшерлі нормасымен нүктесінде анықталған болса комплексмәнді үзіліссіз мүмкіндік дифференциалданатын шарты функцияларынан құралған
нормалардың интервалындағы бөлеміз бірқалыпты жағдайда жинақталу.
белгілі Мысал 1. 4.
\[\mathbb{E}_{0}^{2}\]
мәнінде интервалында
(p 1)
кеңістігі функция бағандарынан дәрежесімен сыңар анықталған дәлелдеуі барлық р аталады бойынша қосындыланатын
\[L_{p}(a,b)\]
теорема Банах жиыннан кеңістігі.
\[L_{1}(a,b)\]
кеңістік кеңістігіндегі сәтте норма тізбекшесі бойынша координаталық жинақталу жатса деп, сонымен ал
\[L_{2}(a,b)\]
- скалярлық
кеңістігіндегі миноры норма кесіндісінде бойынша нормаланған тізбектердің болғандықтан жинақталуын және орташа анықтауышы квадраттық мына жинақталу лиувилл деп нөлден атайды.
лиувилл Мысал 1. 5.
\[\{x_{k}\},\,k\in\mathbb{Z}\]
(симметриялы бүтін болады сандар бола жиыны) келесі ақырсыз гильберт тізбектерінің