ТСЕ решение ЗК для уравнения 1-го порядка, разрешенного относительно производной. До-во существования решения
определена в
начальные условия
ЗК. Найти интегральную кривую уравнения (1) проходящую через найти решение (1), удовлетворяющее н.у. (2))
Теор. Пусть . Тогда
в
решение уравнения (1) удовлетворяющее н.у. (2) и это решение единственное на
Док-во: Поэтапное доказательство существования решения
1) Докажем, что удовлетворяет в П условию Липшица по переменной
, т.е.
теор. о конечных приращениях
удовлетворяет условию Л в П
2) Докажем, что ЗК (1), (2) эквивалентна интегральному уравнению
## Пусть
решение ЗК (1), (2). Тогда
. Проинтегрируем это тождество от
до
Пусть
решение (4). Тогда
Дифференцируем по
, получим :
причем
является решением ЗК (1), (2)##
3) (Построение функциональной последовательности) Строим функциональную последовательность следующим образом. Везде считаем, что
4) (Принадлежность П)
Покажем, что при выполняется, что
т.е.
##
……
##
5) (Абсолютная и равномерная сходимость функциональной последовательности)
Покажем, что сходится абсолютно и равномерно на
## Очевидно Таким образом, сходимость последовательности
эквивалента сходимости функционального ряда
(т.к.
Рассмотрим . Тогда
……
Тогда Числовой ряд
Сходится по признаку Даламбера
мажорируется сход числовым рядом
сходится абсолютно и равномерно на
по правилу Вейерштрассе.
сумма ряда.
причем
непрерывна при
в случае равномерной сходимости.
Замеч. в силу теоремы о предельном преходе в неравенствах
6) (Равномерная сходимость )
Покажем, что
## критерий сходимости функциональной последовательности. Рассмотрим
##
7) (Решение интегрального уравнения)
Покажем, что является решением интегрального уравнения (4)
## (из (5))
в силу равномерной сходимости
Но поскольку интегрируемое уравнение (4) эквивалентно ЗК (1), (2) то
и является решенной ЗК ##
Таким образом доказано, что решение ЗК
Доказательство конструктивное. Указан метод построения решения. (Метод последовательного приближения #
Вопрос 37.
ТСЕ. Доказательство единственности.
Лемма. (Лемма Гронуолла)
Если непрерывна и неотрицательна на
и удовлетворяет условию
, то
Док-во: рассмотрим , которая также непрерывна и неотрицательна на
достигает своей верхней грани на
. Предположим, что
#
Докажем теперь единственность решения ЗК на (слева доказывается аналогично)
Док-во: Пусть решения ЗК на
. Тогда
непрерывно, неотрицательно на
и
условие Л в П
удовлетворяет условию Леммы Гронуолла с
#
Вариант 38.