Phương trình vi phân thường - Nguyễn Văn Minh - Pdf 18

PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN
THƯỜNG
Nguyễn Văn Minh
L`o
.
in´oi d¯ˆa
`
u
Phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan thu
.
`o
.
ng l`al˜ınh vu
.
.
clˆau d¯`o
.
icu

aTo´an ho
.
c.
N´oi nhu
.

t nhiˆe
`
uthˆa
.
pky

qua. D
-
iˆe
`
un`ay c´othˆe

hiˆe

ud¯u
.
o
.
.
c
v`ıd¯ˆay l`achiˆe
´
ccˆa
`
unˆo
´
icu

aTo´an ho
.

ach´ınh To´an ho
.
c. Hiˆe
.
nnayo
.

nu
.
´o
.
ctac´oxuhu
.
´o
.
ng thu
go
.
ntˆen go
.
i“phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan thu
.
`o
.
ng” th`anh “phu
.

o
.
ng tr`ınh
vi phˆan” bao h`am khˆong chı

phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan thu
.
`o
.
ng m`ac`on
ca

phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan d¯a
.
oh`am riˆeng, mˆo
.
tl˜ınh vu
.
.
cgˆa
`
ng˜ui v´o

.
cu
.

nhˆan khoa ho
.
ct`ai n˘ang cu

aD
-
a
.
iho
.
cKhoaho
.
cTu
.
.
nhiˆen, D
-
a
.
iho
.
c
Quˆo
´
cgiaH`anˆo
.

-
˘a
.
cbiˆe
.
t, tˆoi muˆo
´
n nhˆa
´
nma
.
nh d¯ˆe
´
nc´ac cˆong cu
.
d¯ang d`ung rˆo
.
ng r˜ai trong nghiˆen c´u
.
uhiˆe
.
nnay.Tˆa
´
t nhiˆen v´o
.
imˆo
.
t
khˆong gian ha
.

.
tc´ach x´uc t´ıch, d¯o
.
n
gia

n nhˆa
´
tc´othˆe

d¯u
.
o
.
.
c. So v´o
.
ic´ac gi´ao tr`ınh vˆe
`
phu
.
o
.
ng tr`ınh vi
phˆan d¯˜av`ad¯ang d¯u
.
o
.
.
csu

.
nh l´y Perron vˆe
`
d¯˘a
.
c tru
.
ng hˆe
.
hyperbolic, d¯iˆe
`
ukiˆe
.
ntˆo
`
nta
.
i
nghiˆe
.
mtuˆa
`
nho`an, gi´o
.
inˆo
.
i,
2. D
-
ata

.
in´oi d¯ˆa
`
u
Trong khi tˆoi kh´ah`ai l`ong v´o
.
ic´ach tr`ınh b`ay d¯o
.
ngia

nhaivˆa
´
nd¯ˆe
`
d¯ˆa
`
utiˆen th`ıvˆa
´
nd¯ˆe
`
th´u
.
ba c`on rˆa
´
tl´ung t´ung. D
-
iˆe
`
un`ay dˆe
˜

`o
.
i trong c´ac ba
.
n
c´othˆe

l`am tˆo
´
tviˆe
.
cn`ay. D
-
iˆe
`
u duy nhˆa
´
ttˆoi lu
.
u´yc´ac ba
.
nl`acˆa
`
n
pha

ihiˆe

ud¯u
.

cd¯´anh m´ay la
.
ito`an v˘an b`ai gia

ng v´o
.
imˆo
.
tsˆo
´
bˆo

sung b˘a
`
ng phˆa
`
nmˆe
`
msoa
.
ntha

ov˘an ba

nLaTeXn`ay s˜egi´up
c´ac sinh viˆen, ho
.
cviˆen cao ho
.
cv`ac´ac c´an bˆo

vˆe
`
phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan thu
.
`o
.
ng “nˆang cao” cho c´ac l´o
.
pcaoho
.
c
chuyˆen vˆe
`
phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan v`at´ıch phˆan.
Do th`o
.
igianc´oha
.
n, m˘a
.
cdˆa
`

ch˘a
´
cc`on nhiˆe
`
uthiˆe
´
us´ot cˆa
`
nbˆo

sung trong th`o
.
igiant´o
.
i. Tˆoi mong
nhˆa
.
nd¯u
.
o
.
.
c nhiˆe
`
u´ykiˆe
´
nphˆeb`ınh cu

ac´ac d¯ˆo
.

cgiaH`anˆo
.
i
E-mail:
MU
.
CLU
.
C
1L´ythuyˆe
´
ttˆo

ng qu´at 7
1.1. Phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan v`ac´ac d¯i
.
nh l´ytˆo
`
nta
.
iv`a duy
nhˆa
´
tnghiˆe
.
m 7

.
m 10
1.1.3. D
-
i
.
nh l´yPeano 14
1.1.4. D
-
i
.
nh l´yvˆe
`
th´ac triˆe

nnghiˆe
.
m 15
1.2. Phu
.
o
.
ng tr`ınh tuyˆe
´
nt´ınh tˆo

ng qu´at 17
1.2.1. Hˆe
.
phu

phu
.
o
.
ng tr`ınh c´ohˆe
.
sˆo
´
h˘a
`
ng sˆo
´
v`atuˆa
`
nho`an . . 23
1.3.1. H`am ma trˆa
.
n 23
1.3.2. Phu
.
o
.
ng tr`ınh c´ohˆe
.
sˆo
´
h˘a
`
ng sˆo
´

.
mtuˆa
`
nho`an 31
1.4.2. Nghiˆe
.
mgi´o
.
inˆo
.
i 33
1.4.3. C´ac khˆong gian h`am chˆa
´
p nhˆa
.
nd¯u
.
o
.
.
c 35
1.4.4. Nghiˆe
.
mgi´o
.
inˆo
.
itrˆen nu
.


phu
.
thuˆo
.
cliˆen tu
.
ctheod¯iˆe
`
ukiˆe
.
nband¯ˆa
`
uv`atheo
tham sˆo
´
41
2C´ac phu
.
o
.
ng ph´ap d¯i
.
nh lu
.
o
.
.
ng 44
2.1. Mˆo
.

.
`o
.
ng g˘a
.
p 44
2.1.2. Phu
.
o
.
ng tr`ınh thuˆa
`
n nhˆa
´
tv`aphu
.
o
.
ng tr`ınh
d¯u
.
avˆe
`
d¯u
.
o
.
.
cda
.

nt´ınh 50
2.1.5. Phu
.
o
.
ng tr`ınhRicati 52
2.1.6. Phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan ho`an chı

nh 54
2.1.7. Phu
.
o
.
ng ph´ap d`ung phˆa
`
nmˆe
`
mto´an ho
.
c 56
2.2. Phu
.
o
.
ng ph´ap tham sˆo
´

.
o
.
ng ph´ap th´u
.
hai Lyapunov . . . . . . . 67
3.2. D
-
ata
.
pbˆa
´
tbiˆe
´
nv`asu
.
.
mˆa
´
tˆo

nd¯i
.
nh 70
3.2.1. Su
.
.
tˆo
`
nta

mˆa
´
tˆo

nd¯i
.
nh
nghiˆe
.
m 75
3.2.4. Nguyˆen l´yˆo

nd¯i
.
nh thu go
.
n 75
4Phu
.
Lu
.
c77
5B`ai tˆa
.
p83
6D
-
ˆe
`
thi v`ad¯´ap ´an 96

AC D
-
I
.
NH L
´
Y
T
ˆ
O
`
NTA
.
IV
`
ADUYNH
ˆ
A
´
TNGHI
ˆ
E
.
M
1.1.1. Mˆo
.
tsˆo
´
v´ıdu
.

´
nviˆe
.
c
gia

ic´ac phu
.
o
.
ng tr`ınh h`am c´och´u
.
a vi phˆan cu

ah`am pha

it`ım. D
-
ˆe

minh ho
.
ach´ung ta x´et mˆo
.
tsˆo
´
v´ıdu
.
quen biˆe
´

it´ac du
.
ng cu

alu
.
.
ch´ut.
Chuyˆe

nd¯ˆo
.
ng cu

aconl˘a
´
cs˜exa

y ra trong m˘a
.
t ph˘a

ng th˘a

ng
d¯´u
.
ng. Go
.
i l l`ad¯ˆo

t
cu

aco
.
ho
.
ctac´ophu
.
o
.
ng tr`ınh
mlφ

(t)+mg sin φ(t)=0.
Hay l`a trong da
.
ng r´ut go
.
n


(t)+g sin φ(t)=0. (1.1)
Nˆe
´
ud¯˘a
.
t x = φ v`a y =
˙
φ,th`ı trong m˘a

0.5
1
1.5
y
-1.5 -1 -0.5 0.5 1 1.5
x
Con lac
D
-
i
.
nh luˆa
.
tMalthusvˆe
`
quˆa
`
nthˆe

Gia

su
.

quˆa
`
nthˆe

d¯u
.

.
.
ng
cu

ach´ung ta
.
ith`o
.
id¯iˆe

m t.Khid¯´oD
-
i
.
nh luˆa
.
t Malthus n´oi r˘a
`
ng
dN(t)
dt
=(B − D)N(t), ∀t ≥ 0, (1.2)
trong d¯´o B l`aty

lˆe
.
sinh, D l`aty

lˆe

`
mhailo`ai, trong d¯´omˆo
.
tlo`ai l`a
d¯ˆo
.
ng vˆa
.
t˘an mˆo
`
i, c`on lo`ai kia l`amˆo
`
i cho n´o. Go
.
i x(t),y(t)tu
.
o
.
ng
´u
.
ng l`asˆo
´
lu
.
o
.
.
ng con mˆo
`

(1.3)
trong d¯´o α l`aty

lˆe
.
t˘ang tu
.
.
nhiˆen cu

a x(t)khikhˆong c´oke

s˘an mˆo
`
i,
t´u
.
cl`akhiy(t)=0,c`on m l`aty

lˆe
.
chˆe
´
ttu
.
.
nhiˆen cu

avˆa
.

˙x(t)=x(t)(1 − y(t)),
˙y(t)=0, 3y(t)(x(t) − 1).
Chu
.
o
.
ng 1. L´ythuyˆe
´
ttˆo

ng qu´at 9
Ta c´othˆe

v˜e tru
.
`o
.
ng v´ec to
.
´u
.
ng v´o
.
ihˆe
.
trˆen trˆen m˘a
.
t ph˘a

ng (x, y)

pcu

ah`am ˆa

n φ(t),N(t),x(t),y(t) trong phu
.
o
.
ng
tr`ınh mˆo pho

ng c´ac qu´atr`ınh thu
.
.
ctˆe
´
.Phu
.
o
.
ng tr`ınh h`am trong
d¯´oc´och´u
.
aca

c´ac vi phˆan cu

ah`am pha

it`ım d¯u

iphu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan d¯a
.
oh`am riˆeng. Phu
.
o
.
ng tr`ınh vi
phˆan d¯a
.
oh`am riˆeng l`aphu
.
o
.
ng tr`ınh h`am nhiˆe
`
ubiˆe
´
n, c´och´u
.
ad¯a
.
o
h`am riˆeng cu

ah`am pha


cta
.
pho
.
n nhiˆe
`
u. Nhu
.
vˆa
.
ymˆo
.
tphu
.
o
.
ng tr`ınh vi
phˆan thu
.
`o
.
ng s˜ec´oda
.
ng
F (x, y, y

, ···,y
(n)
)=0, (1.4)
trong d¯´o y(x)l`ah`am cu

o
.
ng tr`ınh d¯˜agia

irad¯ˆo
´
iv´o
.
id¯a
.
oh`am. Do mˆo
.
t
nguyˆen nhˆan l`a nhiˆe
`
uphu
.
o
.
ng ph´ap v`akˆe
´
tqua

kinh d¯iˆe

ncu

a
phu
.

.
ubiˆe
´
nthu
.
.
c x l`a t,´am chı

d¯´ol`a
th`o
.
id¯iˆe

m t,c`on y = y(t)l`a tra
.
ng th´ai ta
.
ith`o
.
id¯iˆe

mn`ay. D
-
ˆe

cho
10 Chu
.
o
.

.
td¯`oi ho

itu
.
.
nhiˆen khi nghiˆen c´u
.
uc´ac mˆoh`ınh to´an ho
.
cl`asu
.
.
pha

n´anh trung th`anh cu

ach´ung c´ac qu´atr`ınh thu
.
.
ctiˆe
˜
n. Ch˘a

ng
ha
.
n, qu´atr`ınh tiˆe
´
nh´oa chı

m t.Ho
.
n
n˜u
.
a, nˆe
´
u x
1
kh´agˆa
`
n x
0
ta
.
ith`o
.
id¯iˆe

m t
0
th`ıqu´atr`ınh s˜echuyˆe

n
tra
.
ng th´ai n`ay d¯ˆe
´
n y(t)ta
.

.
mv`asu
.
.
phu
.
thuˆo
.
c
liˆen tu
.
ctheod¯iˆe
`
ukiˆe
.
nband¯ˆa
`
u. Nh˜u
.
ng d¯iˆe
`
ukiˆe
.
nn`ay c`on d¯u
.
o
.
.
cgo
.

tnghiˆe
.
m
X´et phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan
dx
dt
= f(t, x) (1.6)
trong d¯´o f x´ac d¯i
.
nh v`aliˆen tu
.
ctrˆen miˆe
`
n G := (a, b) ×{y ∈ R
n
:
y − y
0
≤r}.C`ung v´o
.
iphu
.
o
.
ng tr`ınh (1.6) ta x´et phu
.

r˜o trong phu
.
o
.
ng tr`ınh d¯ˆa
`
ukhoa

ng x´ac d¯i
.
nh cu

ah`am pha

it`ım
x = x(t). Nhu
.
s˜ethˆa
´
ydu
.
´o
.
id¯ˆay, su
.
.
tˆo
`
nta
.

.
nta
.
ix´ac d¯i
.
nh d¯u
.
o
.
.
ctu
.
o
.
ng lai v`at´ai ta
.
od¯u
.
o
.
.
c
qu´akh´u
.
. Trong rˆa
´
t nhiˆe
`
ub`ai to´an kh´ac da
.

y, b`ai to´an Cauchy tu
.
o
.
ng ´u
.
ng nhˆa
´
tthiˆe
´
td¯`oi ho

i
t>t
0
trong phu
.
o
.
ng tr`ınh d¯ˆa
`
u.
D
-
i
.
nh l´yTˆo
`
nta
.

`
ukiˆe
.
nsauv´o
.
imo
.
i t ∈ (a, b), x, y ∈
¯
B
η
(x
0
):={x ∈ R
n
:
x − x
0
≤η}:
Chu
.
o
.
ng 1. L´ythuyˆe
´
ttˆo

ng qu´at 11
f(t, x)≤M
1

.
i
t
0
∈ (a, b),trongkhoa

ng (t
0
− δ, t
0
+ δ) ∩ (a, b) b`ai to´an Cauchy
(1.7) c´od¯´ung mˆo
.
tnghiˆe
.
m x = φ(t) tho

am˜an φ(t) − x
0
≤η.
Ch´u
.
ng minh. X´et phu
.
o
.
ng tr`ınh t´ıch phˆan
x(t)=x
0
+

.
o
.
ng v´o
.
isu
.
.
tˆo
`
nta
.
inghiˆe
.
mcu

aphu
.
o
.
ng tr`ınh t´ıch phˆan trˆen.
X´et khˆong gian C([t
0
−δ
1
,t
0
+ δ
1
], R

ud¯´ong S
η
(x
0
):={u ∈ C([t
0
−δ
1
,t
0

1
], R
n
):sup
t
u(t)−x
0
≤
η}.X´et to´an tu
.

[Sx(·)](t):=y(t)=x
0
+

t
t
0
f(τ,x(τ))dτ, ∀x(·) ∈ S

ukiˆe
.
nLipschitz
theo x.Ho
.
nn˜u
.
a,
sup
|t−t
0
|≤δ
1
y(t) − x
0
 =sup
|t−t
0
|≤δ
1


t
t
0
f(τ,x(τ))dτ 
≤ M
1
δ
1

co trong khˆong
gian mˆetric d¯ˆa
`
yd¯u

S
η
(x
0
). Theo nguyˆen l´yd¯iˆe

mbˆa
´
td¯ˆo
.
ng Banach,
trong S
η
(x
0
)tˆo
`
nta
.
i duy nhˆa
´
tmˆo
.
td¯iˆe


.
ng minh.
12 Chu
.
o
.
ng 1. L´ythuyˆe
´
ttˆo

ng qu´at
D
-
i
.
nh l´yTˆo
`
nta
.
iTo`an cu
.
c
Trong d¯i
.
nh l´ytˆo
`
nta
.
id¯i
.

.
o
.
.
csu
.
.
tˆo
`
nta
.
itrˆen to`an khoa

ng (a, b). D
-
ˆe

minh ho
.
ad¯iˆe
`
un`ay, ta
x´et v´ıdu
.
sau:
V´ıdu
.
1.2 X´et phu
.
o

.
p
v´o
.
iphu
.
o
.
ng tr`ınh trˆen v´o
.
i x
0
=1,t
0
=0.Khid¯´o x(t)=
1
1−t
l`a
nghiˆe
.
m(d¯i
.
aphu
.
o
.
ng) cu

ab`ai to´an n`ay. R˜or`ang r˘a
`

.
.
ng trˆen l`av`ınghiˆe
.
mbi
.
“nˆo

” (ra vˆoha
.
n) khi t tiˆe
.
mcˆa
.
nd¯ˆe
´
n1.Nˆe
´
uthˆem mˆo
.
tsˆo
´
d¯iˆe
`
ukiˆe
.
nn˜u
.
a
ch´ung ta s˜ec´othˆe

f :(a, b) × R
n
→ R
n
liˆen tu
.
cv`atho

am˜an
c´ac d¯iˆe
`
ukiˆe
.
nsau(d¯iˆe
`
ukiˆe
.
n Lipschitz):
f(t, x)≤M
1
+ M
0
x, ∀t ∈ (a, b); x ∈ R
n
(1.14)
f(t, x) − f(t, y)≤M
2
x −y, ∀t ∈ (a, b); x, y ∈ R
n
. (1.15)

pv´o
.
i phu
.
o
.
ng tr`ınh
(1.6) trˆen to`an khoa

ng (a, b).
Ch´u
.
ng minh. Tru
.
´o
.
chˆe
´
tx´et tru
.
`o
.
ng ho
.
.
p −∞ <a<b<∞.
X´et khˆong gian h`am Y := C((a, b), R
n
)gˆo
`

csu
.
.
l`amˆo
.
tto´an tu
.

t´ac d¯ˆo
.
ng trong Y .
Thˆa
.
tvˆa
.
y, ta c´obˆa
´
td¯˘a

ng th´u
.
csau:
sup
t∈(a,b)
y(t)≤x
0
 + {M
1
+ M
2

|t −t
0
|u − v. (1.18)
Tiˆe
´
p theo, gia

su
.

t ≥ t
0
(T
2
u)(t) −(T
2
v)(t)≤M
2

t
t
0
(Tu)(τ ) − (Tv)(τ)dτ
≤ M
2
2
u −v

t
t

o
.
.
c
(T
2
u)(t)−(T
2
v)(t)≤
[M
2
|t − t
0
|]
2
2!
u−v, ∀t ∈ (a, b),u,v∈ Y.
(1.20)
Tiˆe
´
ptu
.
cqu´atr`ınh d¯´anh gi´an`ay ta thu d¯u
.
o
.
.
c ∀n ∈ N
(T
n

l´o
.
n
T
n
0
s˜el`ato´an tu
.

co trong khˆong gian Y .Dod¯´otˆo
`
nta
.
i duy nhˆa
´
t
mˆo
.
td¯iˆe

mbˆa
´
td¯ˆo
.
ng cu

ato´an tu
.

T

y
ph´ep ch´u
.
ng minh v´o
.
i tru
.
`o
.
ng ho
.
.
p a, b h˜u
.
uha
.
nd¯˜akˆe
´
tth´uc.
Tru
.
`o
.
ng ho
.
.
p a ho˘a
.
c b vˆoha
.

,b

)luˆon tˆo
`
nta
.
iv`a duy nhˆa
´
tnghiˆe
.
m. Vˆa
.
yth`ıb`ai to´an Cauchy
kˆe
´
tho
.
.
pv´o
.
i (1.6) luˆon c´onghiˆe
.
m duy nhˆa
´
ttrˆen (a

,b

). Dˆe
˜

iˆe
`
ukiˆe
.
n Lipschitz (1.15) l`arˆa
´
t quan tro
.
ng. V´ıdu
.
du
.
´o
.
id¯ˆay
ch´u
.
ng to

d¯iˆe
`
ud¯´o
14 Chu
.
o
.
ng 1. L´ythuyˆe
´
ttˆo


yt´ınh duy nhˆa
´
tnghiˆe
.
mbi
.
ph´av˜o
.
.Nguyˆen nhˆan l`agˆa
`
n0,
vˆe
´
pha

ikhˆong tho

am˜an d¯iˆe
`
ukiˆe
.
nLipschitz.
1.1.3. D
-
i
.
nh l´yPeano
Mu
.
cn`ay s˜etr`ınh b`ay mˆo

pha

iphu
.
o
.
ng
tr`ınh khˆong tho

am˜an d¯iˆe
`
ukiˆe
.
nLipschitz.
D
-
i
.
nh l´y1.3(D
-
i
.
nh l´yPeano)Gia

su
.

f : G := [t
0
,t

n [t
0
,t
0
+ α] ´ıt nhˆa
´
tmˆo
.
tnghiˆe
.
m x = x(t).
Ch´u
.
ng minh. Ta cho
.
n δ>0v`ak´yhiˆe
.
u y
0
(t)l`a´anh xa
.
l´o
.
p C
1
t`u
.
d¯oa
.
n[t

(t)≤M,
y
0
(t) −x
0
≤b.
Ta d¯i
.
nh ngh˜ıa trˆen d¯oa
.
n[t
0
−δ, t
0
+α]´anh xa
.
y
ε
(t), 0 <ε≤ δ b˘a
`
ng
c´ach d¯˘a
.
t y
ε
(t):=y
0
(t)trˆen d¯oa
.
n[t

o
.
.
cth´ac triˆe

nlˆen
[t
0
,t
0
+ α
1
], trong d¯´o α
1
:= min(α, ε), sao cho y
ε
∈ C
1
trˆen d¯oa
.
n
[t
0
−δ, t
0
+ α
1
], v`atrˆen d¯´o
y
ε

[t
0
− δ, t
0
+ α
2
], trong d¯´o α
2
:= min(α, 2ε). C´u
.
tiˆe
´
ptu
.
cqu´atr`ınh
n`ay ta s˜eth´ac triˆe

nd¯u
.
o
.
.
c´anh xa
.
y
ε
lˆen d¯oa
.
n[t
0

.
c, gi´o
.
inˆo
.
id¯ˆe
`
u. Thˆe
´
th`ıtheoD
-
i
.
nh l´y Arcela-
Ascoli t`ım d¯u
.
o
.
.
cmˆo
.
td˜ay c´ac sˆo
´

n
}

n=1
: ε
n

.
itu
.
d¯ˆe
`
ut´o
.
i f(t, y(t)) khi n →∞.Vˆa
.
yth`ı
qua gi´o
.
iha
.
n trong (1.23) s˜e cho ta nghiˆe
.
m y(t)cu

ab`ai to´an Cauchy
v´o
.
ic´ac d¯iˆe
`
ukiˆe
.
nband¯ˆa
`
u y(t
0
)=x

f : G ⊂ R × R
n
→ R
n
liˆen tu
.
c, trong d¯´o G
l`atˆa
.
pmo
.

ch´u
.
amˆo
.
ttˆa
.
p con compact K.Khid¯´otˆo
`
nta
.
ih˘a
`
ng sˆo
´
α>0 chı

phu
.

.
n |t −t
0
|≤α.
Ch´u
.
ng minh. Thˆa
.
tvˆa
.
y, ta cho
.
nchuˆa

n(t, x) ∈ R × R
n
nhu
.
sau: (t, x) := max{|t|, x},c´ongh˜ıa l`ah`ınh cˆa
`
umo
.

l`ah`ınh hˆo
.
p
mo
.

.Khˆong mˆa

n.
1.1.4. D
-
i
.
nh l´yvˆe
`
th´ac triˆe

nnghiˆe
.
m
Nhu
.
ch´ung ta d¯˜athˆa
´
yo
.

mu
.
c tru
.
´o
.
c, su
.
.
tˆo
`

= f(t, x),x∈ R
n
(1.26)
trong d¯´o f : G ⊂ R × R
n
→ R
n
liˆen tu
.
c, G mo
.

,v`a x(·)l`amˆo
.
t
nghiˆe
.
mx´ac d¯i
.
nh trong lˆan cˆa
.
ncu

a t
0
∈ R.Cˆau ho

id¯˘a
.
tral`akhi

-
i
.
nh l´yPeano
nˆe
´
u x(·)x´ac d¯i
.
nh trˆen mˆo
.
tkhoa

ng J =[α, β)hayJ =(α, β]th`ıc´o
thˆe

th´ac triˆe

n x(·)quad¯ˆa
`
um´ut α ho˘a
.
c β.Dod¯´o, khˆong mˆa
´
ttˆo

ng
qu´at ta coi x(·)d¯˜achox´ac d¯i
.
nh trˆen khoa



ng tˆo
`
nta
.
icu
.
.
cd¯a
.
i
vˆe
`
ph´ıa pha

icu

a x(·) nˆe
´
ukhˆong tˆo
`
nta
.
imˆo
.
tkhoa

ng mo
.


d¯i
.
nh ngh˜ıa khoa

ng tˆo
`
nta
.
icu
.
.
cd¯a
.
ivˆe
`
ph´ıa tr´ai. Khoa

ng tˆo
`
nta
.
i
d¯u
.
o
.
.
cgo
.
il`acu

nv`ad¯u

d¯ˆe

J =[α, β) cu

anghiˆe
.
m
x(·) cu

a (1.26) khˆong l`acu
.
.
cd¯a
.
ivˆe
`
bˆen pha

il`atˆo
`
nta
.
igi´o
.
iha
.
n
lim

i
.
nh l´yPeanod¯ˆe

kh˘a

ng d¯i
.
nh r˘a
`
ng tˆo
`
nta
.
inghiˆe
.
m φ(t)
x´ac d¯i
.
nh trˆen khoa

ng I l`alˆan cˆa
.
ncu

a β cu

aphu
.
o

.
ctrˆen tˆa
.
pmo
.

G ⊂ R × R
n
v`ao R
n
v`a x(·) l`amˆo
.
tnghiˆe
.
mcu

a phu
.
o
.
ng tr`ınh (1.26). Khi d¯´o x(·) c´othˆe

th´ac triˆe

nd¯u
.
o
.
.
clˆen khoa

.
icu
.
.
cd¯a
.
icu

a x(·) th`ı x(t) s˜etiˆe
´
nt´o
.
ibiˆen
∂G cu

a G khi t tiˆe
´
nt´o
.
i ω

ho˘a
.
c ω
+
.
Th´ac triˆe

ncu


=+∞,ho˘a
.
cl`a ω
+
< +∞ v`akhi
t tiˆe
´
nd¯ˆe
´
n ω
+
c`on c´ac d¯iˆe

m(t, x(t)) khˆong bi
.
ch´u
.
a trong mˆo
.
ttˆa
.
p
con compact n`ao cu

a G.
Ch´u
.
ng minh. Theo nhˆa
.
nx´et trˆen, ta chı


x(·)x´ac d¯i
.
nh trˆen (α
x

x
). Ta d¯i
.
nh ngh˜ıa tˆa
.
pho
.
.
p
A gˆo
`
mc´ac th´ac triˆe

n φ cu

a x(·), t´u
.
cl`ac´ac nghiˆe
.
m φ x´ac d¯i
.
nh trˆen
khoa


.
sau: φ ≤ ψ nˆe
´
uv`achı

nˆe
´
u ψ
l`ath´ac triˆe

ncu

a φ.R˜or`ang mˆo
˜
idˆay chuyˆe
`
n C,gˆo
`
m φ ≤ ψ ≤···c´o
phˆa
`
ntu
.

l´o
.
n nhˆa
´
t. Thˆa
.

o
.
ng 1. L´ythuyˆe
´
ttˆo

ng qu´at 17
dˆay chuyˆe
`
n C.Vˆa
.
y trong A pha

itˆo
`
nta
.
i phˆa
`
ntu
.

cu
.
.
cd¯a
.
i. D
-
´och´ınh

.
icu

a
nghiˆe
.
m x(·). Ta s˜ech´u
.
ng minh r˘a
`
ng x(t)khˆong thˆe

bi
.
ch´u
.
a trong
mˆo
.
ttˆa
.
p compact con cu

a G v´o
.
imo
.
i t d¯u

gˆa

Nhu
.
vˆa
.
yth`ıc´othˆe

tr´ıch ra mˆo
.
td˜ay con (t
k
,x(t
k
)),k ∈ N,t
k

ω
+
hˆo
.
itu
.
t´o
.
imˆo
.
td¯iˆe

m(ω

,η) ∈ K.Tach´u

a f sˆo
´
N thu
.
.
csu
.
.
h˜u
.
uha
.
n. Ta c´o
x(t) − x(t
k
)≤ sup
ξ∈(δ,ω
+
)
˙x(ξ)|t −t
k
| (1.27)
=sup
ξ∈(δ,ω
+
)
f(ξ, x(ξ))|t − t
k
| (1.28)
≤ N|t −t

`
ng η.
1.2. PHU
.
O
.
NG TR
`
INH TUY
ˆ
E
´
NT
´
INH T
ˆ
O

NG QU
´
AT
1.2.1. Hˆe
.
phu
.
o
.
ng tr`ınh bˆa
.
c nhˆa

n n ×n v´o
.
ichuˆa

n
B := sup
x≤1
Bx, ∀B ∈ R
n×n
.
X´et phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan
dx
dt
= A(t)x + f(t),x∈ R
n
. (1.30)
Phu
.
o
.
ng tr`ınh (1.30) d¯u
.
o
.
.
cgo

nt´ınh thuˆa
`
nnhˆa
´
t
18 Chu
.
o
.
ng 1. L´ythuyˆe
´
ttˆo

ng qu´at
dx
dt
= A(t)x, x ∈ R
n
. (1.31)
´
Ap du
.
ng D
-
i
.
nh l´ytˆo
`
nta
.

imo
.
i t
0

(a, b), x
0
∈ R
n
b`ai to´an Cauchy

˙x = A(t)x + f(t)
x(t
0
)=x
0
(1.32)
c´oduynhˆa
´
tmˆo
.
tnghiˆe
.
mx´ac d¯i
.
nh trˆen to`an khoa

ng (a, b).
Ch´u
.

ytrˆen [α, β]´anh xa
.
F (t, x):=A(t)x + f(t)tho

am˜an c´ac d¯iˆe
`
u
kiˆe
.
ncu

aD
-
i
.
nh l´ytˆo
`
nta
.
i duy nhˆa
´
tnghiˆe
.
mto`an cu
.
c. Do d¯´ob`ai to´an
Cauchy (1.32) s˜ec´onghiˆe
.
mtrˆen to`an [α, β]v`atrˆen d¯´ochı


nh l´y
d¯u
.
o
.
.
cch´u
.
ng minh.
Nhˆa
.
nx´et 1.1 T`u
.
D
-
i
.
nh l´ytrˆen ta thˆa
´
yd¯ˆo
´
iv´o
.
i phu
.
o
.
ng tr`ınh tuyˆe
´
n

.
ng tr`ınh
tuyˆe
´
nt´ınh t´u
.
cl`an´oi vˆe
`
c´ac nghiˆe
.
mx´ac d¯i
.
nh trˆen khoa

ng cu
.
.
cd¯a
.
i
(a, b) nˆe
´
uc´ac d¯iˆe
`
ukiˆe
.
ncu

aD
-

ng
tr`ınh thuˆa
`
n nhˆa
´
t.
D
-
i
.
nh l´y1.7Gia

su
.

A liˆen tu
.
c. Khi d¯´otˆa
.
pho
.
.
ptˆa
´
tca

c´ac nghiˆe
.
m
cu

ng minh. Go
.
i N l`atˆa
.
pho
.
.
ptˆa
´
tca

c´ac nghiˆe
.
mcu

aphu
.
o
.
ng
tr`ınh (1.31). Gia

su
.

φ, ψ ∈N, α, β ∈ R.Khid¯´o
Chu
.
o
.

nt´ınh trˆen tru
.
`o
.
ng
sˆo
´
thu
.
.
c R.Bˆay gi`o
.
ta ch´u
.
ng minh kh˘a

ng d¯i
.
nh sau: Nˆe
´
u φ
k

N,k =1, ···,m l`ahˆe
.
m nghiˆe
.
mcu

a (1.31). Khi d¯´ohˆe

.
ptrongR
n
.Thˆa
.
tvˆa
.
y, nˆe
´
u
φ
k
,k =1, ···,m l`ahˆe
.
c´ac v´ec to
.
phu
.
thuˆo
.
ctuyˆe
´
nt´ınh trong N,
th`ır˜or`ang t`u
.
d¯i
.
nh ngh˜ıa suy ra v´o
.
imo

nd¯u

b˘a
`
ng c´ach chı

ra r˘a
`
ng nˆe
´
utˆo
`
nta
.
i
t
0
∈ (a, b)v`ac´ac sˆo
´
α
k
,k =1, ···,m khˆong d¯ˆo
`
ng nhˆa
´
tb˘a
`
ng khˆong
sao cho


´
t
ho
.
.
pv´o
.
i (1.31), tu
.
o
.
ng ´u
.
ng v´o
.
ic´ac d¯iˆe
`
ukiˆe
.
nband¯ˆa
`
u t
0
,x
0
=0.T`u
.
kh˘a

ng d¯i

o
.
ng tr`ınh (1.31). Khi d¯´omatrˆa
.
nvuˆong c´oc´ac
cˆo
.
tlˆa
.
pbo
.

ic´ac v´ec to
.
φ
k
cu

a R
n
d¯u
.
o
.
.
cgo
.
il`amˆo
.
tmatrˆa

´
tk`ytho

am˜an phu
.
o
.
ng
tr`ınh vi phˆan sau d¯ˆay trong khˆong gian R
n×n
dY
dt
= A(t)Y (t),Y∈ R
n×n
. (1.33)
Ngu
.
o
.
.
cla
.
imˆo
.
tnghiˆe
.
mbˆa
´
tk`y Y (t)cu


d¯iˆe
`
ukiˆe
.
ncˆa
`
nv`ad¯u

l`a detY (t) =0.C´othˆe

c´o nhiˆe
`
u ma trˆa
.
nco
.
ba

n.
Ch´ung ta s˜ex´et ho
.
c´ac ma trˆa
.
nco
.
ba

nsaud¯ˆay (X(t, s))
t,s∈(a,b)
d¯u

thuˆo
.
cv`ao ma trˆa
.
nco
.
ba

n X(t)b˘a
`
ng c´ach ch´u
.
ng minh
mˆe
.
nh d¯ˆe
`
sau:
Mˆe
.
nh d¯ˆe
`
1.1 Ma trˆa
.
n Y (t):=X(t, s) l`anghiˆe
.
mcu

ab`ai to´an
Cauchy

(s)=I.
D
-
i
.
nh ngh˜ıa 1.3 Ho
.
c´ac ma trˆa
.
n (X(t, s))
t,s∈(a,b)
d¯u
.
o
.
.
cgo
.
il`ac´ac
ma trˆa
.
nCauchyliˆen kˆe
´
tv´o
.
i phu
.
o
.
ng tr`ınh thuˆa

c´ac ma trˆa
.
n
khˆong suy biˆe
´
n (X(t, s))
t,s∈(a,b)
liˆen kˆe
´
tv´o
.
i phu
.
o
.
ng tr`ınh thuˆa
`
nnhˆa
´
t
(1.31) tho

am˜an c´ac d¯iˆe
`
ukiˆe
.
nsau:
1. X(t, t)=I, ∀t ∈ (a, b);
2. X(t, s)X(s, r)=X(t, r), ∀t, s, r;
3. Mˆo


su
.

X(t)l`a ma trˆa
.
nlˆa
.
pbo
.

ihˆe
.
n nghiˆe
.
mbˆa
´
tk`y. Trong ch´u
.
ng
minh trˆen ta d¯˜ach´u
.
ng minh d¯u
.
o
.
.
cr˘a
`
ng detX(t) =0 ∀t ∈ (a, b)khi

-
i
.
nh l´y1.8(Cˆong th´u
.
c Liouville) Gia

su
.


1
, ···,φ
n
} l`ahˆe
.
n
nghiˆe
.
mcu

a (1.31). Khi d¯´omatrˆa
.
n X(t) c´oc´ac cˆo
.
tl`ac´ac v´ec to
.
φ
1
(t), ···,φ

φ
k
(t)=(φ
1k
(t), ···,φ
nk
)v`a X
ik
l`a phˆa
`
n
b`ud¯a
.
isˆo
´
cu

a phˆa
`
ntu
.

φ
ik
trong khai triˆe

nd¯i
.
nh th´u
.


ng qu´at 21
vˆa
.
y

∂φ
ik
detX = X
ik
.
Ta s˜esu
.

du
.
ng cˆong th´u
.
c vi phˆan h`am ho
.
.
psau:
˙z(t):=
g(y
1
(t), ···,y
m
(t))
dt
=

ij
˙
φ
ij
(t)
=

i,j
X
ij
(t)
˙
φ
ij
(t)
=

i,j
X
ij
(t)
n

k=1
a
ik
(t)φ
kj
(t)
=


detX(t), nˆe
´
u i = k
=0, nˆe
´
u i = k
Vˆa
.
yth`ı
d
dt
detX(t)=

i
a
ii
(t)detX(t), ∀t ∈ (a, b). (1.37)
Dˆe
˜
thˆa
´
y detX(t)tho

am˜an

˙y(t)=

i
a

o
.
ng 1. L´ythuyˆe
´
ttˆo

ng qu´at
1.2.2. Hˆe
.
phu
.
o
.
ng tr`ınh khˆong thuˆa
`
n nhˆa
´
tv`acˆong th´u
.
c
biˆe
´
nthiˆen h˘a
`
ng sˆo
´
Gia

su
.

´
tk`ykh´ac cu

a (1.30) l`atˆo

ng cu

a φ
0
v`amˆo
.
tnghiˆe
.
mn`ao d¯´ocu

a phu
.
o
.
ng tr`ınh thuˆa
`
nnhˆa
´
t (1.31).
Ch´u
.
ng minh. Gia

su
.

nghiˆe
.
mcu

a (1.30).
Vˆa
.
yth`ıd¯ˆe

t`ım d¯u
.
o
.
.
ctˆa
´
tca

c´ac nghiˆe
.
mcu

aphu
.
o
.
ng tr`ınh khˆong
thuˆa
`
n nhˆa

.
mriˆeng cu

a (1.30) l`asu
.

du
.
ng cˆong th´u
.
c
sau:
Cˆong th´u
.
cbiˆe
´
nthiˆen h˘a
`
ng sˆo
´
Nhu
.
ta d¯˜abiˆe
´
tmˆo
.
tnghiˆe
.
mbˆa
´

ba

n X(t). Thˆa
.
tvˆa
.
y,
nghiˆe
.
mbˆa
´
tk`yc´oda
.
ng x(t)=X(t)C, trong d¯´o C ∈ R
n
l`amˆo
.
tv´ec
to
.
h˘a
`
ng n`ao d¯´o. Ngu
.
`o
.
itac´othˆe

b˘a
´

ng sˆo
´
C”thˆe
´
n`ao d¯´od¯ˆe

y(t)=X(t)C(t)s˜el`a
nghiˆe
.
mcu

aphu
.
o
.
ng tr`ınh khˆong thuˆa
`
n nhˆa
´
t. D
-
ˆe

l`am d¯iˆe
`
un`ay ta
vi phˆan y(t)v`athˆe
´
v`ao phu
.

0
X
−1
(s)f(s)ds.
Thay v`ao biˆe

uth´u
.
ct`ım y(t)tac´o
y(t)=X(t)(C
1
+

t
t
0
X
−1
(s)f(s)ds),
trong d¯´o C
1
l`ah˘a
`
ng sˆo
´
.Nˆe
´
uc´othˆem d¯iˆe
`
ukiˆe


ng qu´at 23
D
-
i
.
nh l´y1.10Mˆo
.
tnghiˆe
.
mbˆa
´
tk`ycu

a phu
.
o
.
ng tr`ınh khˆong thuˆa
`
n
nhˆa
´
t y(t) luˆon tho

am˜an cˆong th´u
.
cbiˆe
´
nthiˆen h˘a

E
.
S
ˆ
O
´
H
˘
A
`
NG S
ˆ
O
´
V
`
A
TU
ˆ
A
`
NHO
`
AN
1.3.1. H`am ma trˆa
.
n
D
-
ˆe

cbiˆe
.
t quan tro
.
ng l`ah`am e
A
v`a LnA.
Chuˆo
˜
imatrˆa
.
n
X´et d˜ay c´ac ma trˆa
.
n A
k
∈ R
n×n
,k =1, 2, ··· v`achuˆo
˜
ima
trˆa
.
n


k=1
A
k
.Chuˆo

.
ng ho
.
.
pd¯˘a
.
cbiˆe
.
tkhiA
k
= a
k
A
k
, trong d¯´o
a
k
∈ C v`a A ∈ R
n×n
ta c´othˆe

´ap du
.
ng c´ac tiˆeu chuˆa

nhˆo
.
itu
.
cu

i.
Gia

su
.

h`am sˆo
´
f(z)l`amˆo
.
th`am biˆe
´
nph´u
.
cl`atˆo

ng cu

achuˆo
˜
il˜uy
th`u
.
ahˆo
.
itu
.
tuyˆe
.
td¯ˆo

.
td¯ˆo
´
iv´o
.
ib´an k´ınh hˆo
.
itu
.
r = ∞.
Khi d¯´otad¯i
.
nh ngh˜ıa h`am f(A)nhu
.
sau:
f(A):=


k=0
a
k
A
k
. (1.40)
V`ıb´an k´ınh hˆo
.
itu
.
cu


z
=


k=0
z
k
k!
c´ob´an k´ınh hˆo
.
itu
.
r = ∞,v´o
.
ima
trˆa
.
n A ∈ R
n×n
bˆa
´
tk`yh`am e
A
luˆon d¯u
.
o
.
.
cd¯i
.

.
o
.
.
c:
Bˆo

d¯ˆe
`
1.1 C´ac kh˘a

ng d¯i
.
nh sau d¯´ung:
1. Nˆe
´
u f(A),g(A) l`ac´ac h`am ma trˆa
.
nd¯i
.
nh ngh˜ıa theo c´ach trˆen
th`ı
f(A)g(A)=g(A)f(A);
2. Gia

su
.

A = SJS
−1

.
unhiˆe
`
uvˆa
´
n
d¯ˆe
`
th´uvi
.
cu

a phu
.
o
.
ng tr`ınh vi phˆan n´oi chung. Ch˘a

ng ha
.
n, nˆe
´
u
f(z) chı

nh h`ınh trong miˆe
`
nch´u
.
atˆa

.
´o
.
ng du
.
o
.
ng trong miˆe
`
n
d¯ang x´et bao quanh tˆa
.
pc´ac gi´atri
.
riˆeng cu

a A.Nh˘a
´
cla
.
ir˘a
`
ng h`am
f :Ω z → (f
1
(z), ···,f
N
(z)) ∈ C
N
d¯u

o
.
.
cl`achı

nh h`ınh theo λ.Dod¯´ot´ıch phˆan
(1.42), d¯u
.
o
.
.
chiˆe

unhu
.
l`at´ıch phˆan cu

ada
.
ng vi phˆan bˆa
.
cnhˆa
´
ttheo
chu tuyˆe
´
nd¯´ong γ s˜ekhˆong phu
.
thuˆo
.

e
A+B
=


k=0
(A + B)
k
k!
.
M˘a
.
tkh´ac do t´ınh hˆo
.
itu
.
tuyˆe
.
td¯ˆo
´
inˆen
e
A
e
B
=


k=0
A



n=0
1
n!

j+k=n
n!
k!j!
A
k
B
j
=


n=0
(A + B)
n
n!
= e
A+B
.
Do d¯´ov´o
.
imo
.
i A ∈ R
n×n
ho

o
.
.
cd¯i
.
nh ngh˜ıa l`a
ma trˆa
.
nsaochoe
B
= A.Ngayca

tru
.
`o
.
ng ho
.
.
pd¯o
.
ngia

n nhˆa
´
tch´ung
ta c˜ung thˆa
´
ysu
.

.
thˆe
´
.
Mˆe
.
nh d¯ˆe
`
1.3 Nˆe
´
u A khˆong suy biˆe
´
nth`ıtˆo
`
nta
.
i Ln A.
Ch´u
.
ng minh. C´ohaic´ach ch´u
.
ng minh. C´ach th´u
.
nhˆa
´
tdu
.
.
atrˆen
viˆe

su
.

J = λE
r
+ Z, trong d¯´o E
r
l`amatrˆa
.
nd¯o
.
nvi
.
r × r,
Z l`a ma trˆa
.
nl˜uy linh Z
k
=0, ∀k ≥ r.Khid¯´oc´othˆe

chı

ra
Ln J = Ln λ ·E
r
+


k=1
(−1)

riˆeng cu

a A
nhu
.
ng khˆong bao quanh gˆo
´
cto
.
ad¯ˆo
.
.Khid¯´o
Ln A =
1
2πi

γ
Ln λ ·(λI − A)
−1
dλ, (1.42)
trong d¯´o Ln z = ln |z|+ iarg z +2kπi, k ∈ Z.Nˆe
´
u ma trˆa
.
n A
khˆong suy biˆe
´
nth`ıh`am du
.
´o

phˆo

) Gia

su
.

f(z) l`ah`am chı

nh
h`ınh trˆen mˆo
.
ttˆa
.
pho
.
.
pmo
.

Ω ch´u
.
a σ(A) cu

am˘a
.
t ph˘a

ng ph´u
.

ˆo
´
iv´o
.
i ζ ∈ Ωd¯˘a
.
t
g(ζ)=



f(ζ)−f(λ)
ζ−λ
, nˆe
´
u ζ = λ
f

(λ), nˆe
´
u ζ = λ.
Khi d¯´o g chı

nh h`ınh trˆen Ω v`a f(A) −f(λ)I = g(A)(A −λI). Nˆe
´
u
f(λ) ∈ ρ(f(A)) (trong d¯´o ρ(f(A)) := {z ∈ C : z ∈ σ(A)}), th`ı
f(A) −f(λ)I c´ongu
.
o

´
u λ ∈ f(σ(A)), th`ı h(ζ)=
(f(ζ) −λ)
−1
l`ah`am chı

nh h`ınh trˆen mˆo
.
tlˆan cˆa
.
nn`ao d¯´ocu

a σ(A),
ch˘a

ng ha
.
nΩ

.
´
Ap du
.
ng c´ac kˆe
´
tqua

trˆen cho c´ac h`am chı

nh h`ınh

yquanhˆe
.
trˆen c´o vai tr`onhu
.
thˆe
´
n`ao khi nghiˆen
c´u
.
ud´ang d¯iˆe
.
utiˆe
.
mcˆa
.
ncu

anghiˆe
.
m trong c´ac mu
.
ccuˆo
´
i.
1.3.2. Phu
.
o
.
ng tr`ınh c´ohˆe
.

chˆe
´
ttax´et phu
.
o
.
ng
tr`ınh thuˆa
`
n nhˆa
´
t
dx
dt
= Ax. (1.45)
D
-
i
.
nh l´y1.12x(t)=e
(t−t
0
)A
x
0
l`anghiˆe
.
mduynhˆa
´
tcu

.
y, Ta c´o
lim
∆t→0
e
∆tA
− I
∆t
= lim
∆t→0
1
∆t


k=1
[∆tA]
k
k!
= A.

Trích đoạn Phu.o.ng tr`ınh c´ o hˆ e sˆo´ tuˆa `n ho` an Nghiˆ e.m gi´o i nˆo.i trˆen nu.’a tru.c D a ta.p bˆa´t biˆe´n v`a su mˆa´t ˆo’n d¯i.nh D a ta.p khˆong ˆo’n d¯i.nh v`a su mˆa´t ˆo’n d¯i.nh
Nhờ tải bản gốc

Tài liệu, ebook tham khảo khác

Music ♫

Copyright: Tài liệu đại học © DMCA.com Protection Status