86
.pdfChapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems
where matrices A1, B1, S1 are matrices of orders
m (n 2m) |
respectively, |
(n 2m) (n 2m),
(n 2m) m,
x |
|
A BES |
|
BET |
|
BET |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
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1 |
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|
2 |
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||
z = |
, |
A = |
|
L ES |
|
L ET |
|
L ET |
|
= A (E), |
||||
|
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
1 |
2 |
1 |
||
|
|
|
|
|
L ES |
I |
|
L T |
L ET |
|
|
|||
|
|
|
|
m |
|
|
||||||||
|
|
2 |
|
|
2 |
1 |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
||||
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
= S |
|
|
T . |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
B = |
|
L |
|
, |
|
S |
T |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
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|
|
||||
|
|
|
|
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|
L |
|
|
|
|
|
|
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|
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||
|
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|||
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2 |
|
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|
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|
|
|
|
|
|
||||
The equilibrium states of the system (2.126), (2.127) are denoted from solutions |
||||||||||||||||||||||||||||||
of algebraic equations |
A z |
* |
B ( |
* |
) = 0, |
|
* |
= S z . |
If the matrix |
A = A (E) |
is a |
|||||||||||||||||||
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
* |
1 |
|
1 |
|
|||||||||||
Hurwitz matrix, the function |
|
( ) |
1 |
turn into zero only when |
= 0, |
|
then the |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
system (2.126), |
(2.127) |
|
has |
the |
|
|
only |
|
equilibrium |
state |
z = (x |
, |
, ) = 0. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
* |
* |
* |
|
* |
|
|||||||||||||||||||||
Consequently, |
x |
= 0, |
= 0, |
|
|
= 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
* |
|
* |
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Notice, that the equilibrium state matches trivial solution |
x(t) 0, (t) 0, |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
(t) 0, |
t I |
of the system (2.126), (2.127). The article studies asymptotic stability |
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
of generally unperturbed |
|
movement |
x(t) 0, |
(t) 0, |
(t) 0 , |
t I |
in the |
|||||||||||||||||||||||
system (2.126), (2.127) for all |
( ) |
0 |
(or |
z(t) 0, |
t I , |
, |
|
1 ). |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
We assume with a sufficiently small neighborhood of the point |
= 0, |
function |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
( ) |
can |
be approximated |
|
|
|
by |
|
linear |
function |
( ) = , |
where |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
= diag ( 1,..., m ) . Consequently, |
|
when |
| |< |
, |
> 0 |
is |
a sufficiently small |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
number, the equation of perturbed motion (2.128) can be written as
z = A z B S z = A ( )z, z(0) = z |
,| z |
0 |
|< ,t I |
||||
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
,
(2.129)
where A1( ) = A1 B1 S1, |
E < 0 |
diagonal matrix determined from Hurwitz
matrix |
A1( ) = A1(E) B1 S1, E |
number |
1 > 0 such as | x(t) |< 1 when |
, |
|
0 |
= diag( |
01 |
,..., |
0m |
) |
is a limit |
|
|
|
|
|
condition |
for the matrix |
A ( ) |
. If the |
||
1 |
|||||
0 |
< |
0 is a Hurwitz matrix, then there is a |
|||
|
|||||
| |
z0 |< 1, |
moreover lim z(t) = 0. Thus, |
|||
|
|
|
t |
|
|
when matrix A1( ), where E 0 < 0 is a Hurwitz matrix, trivial solution z(t) 0, t I (x(t) 0, (t) 0, (t) 0,t I ) of the system (2.129) is asymptotically stable by Lyapunov when t .
141
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
Definition 7. Trivial solution x(t) 0, (t) 0, (t) 0, |
t I , of the system |
|||||||
(2.126), (2.127) is |
called absolutely stable, if: 1) matrices |
A1 = A1(E), |
A1( ), |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
E 0 |
< 0 |
are Hurwitz matrices |
(asymptotic stability by |
Lyapunov when |
||||
t ); 2) |
for all |
( ) 1 solution of |
the differential equation |
(2.128) |
has the |
property |
|
lim z(t;0, z0 , ) = 0, |
|
|
| z0 |< |
||||||||
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(t;0, x |
, |
, |
, ) = 0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
lim |
(t;0, x |
, |
0 |
, |
0 |
, ) = 0, |
||||||
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|||
t |
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
(or
, 0 ,
lim x t
| x0 |<
(t;0,, |
x |
|
|
0 |
|
0 |
|
, |
, |
0 |
|
|< , |
0 |
, ) = 0, |
|
| |< . )
Definition 8. Conditions of absolute stability of the system (2.126), (2.127) are
called |
relations, |
binding |
constructive |
|
parameters |
of |
the |
system |
|||||||
(A,B,L1 |
,L2 ,S,T1,T2 , 0 ), |
|
0 |
= diag ( |
01 |
,..., |
0m |
) |
, |
under which |
the |
equilibrium state |
|||
|
|
|
|
|
(x |
= 0, |
|
= 0, |
* |
= |
0) |
is absolutely stable. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
||||||||||||||||||||||||||
* |
|
* |
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Problem 8. Find the condition of absolute stability of equilibrium state of the |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
system (2.126), (2.127). |
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Function |
(t) = S z(t),t I |
|
|
|
is a control formed by principle of feedback, and |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
matrix |
S , |
of order |
|
m (n 2m) |
|
|
is a feedback matrix. Iserman’s problem consists in |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
choosing a feedback matrix |
S |
, |
|
such that from asymptotic stability of trivial solution |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
z(t) 0,t I |
of the |
linear |
|
system |
|
|
(2.129) |
|
for |
|
any |
|
, E |
, |
= |
0 |
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
there followed absolute stability of trivial solution |
x(t) 0, (t) 0, (t) 0,t I |
, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
of the system (2.126), (2.127), |
|
where |
|
0 |
= diag( |
01 |
,..., |
0m |
) |
is a |
limit diagonal |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hurwitz matrix of the matrix |
|
A ( ), |
2 |
> |
0 |
|
diagonal matrix of order |
|
m m |
, with |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
arbitrarily small positive elements. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
Definition 9. We assume that in the sector |
[E, |
0 |
] |
Iserman’s problem has a |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
solution, if: 1) there exists matrix |
|
|
S |
, of order |
m (n 2m) |
|
such as |
|
|
= |
0 |
|
|
2 |
; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2) for |
any |
|
|
( ) = , |
E |
0 |
|
|
|
0 |
|
2 |
solution |
of |
|
the system |
|
(2.128) |
|
is |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
asymptotically stable; 3) for any |
|
|
( ) |
1 |
|
trivial solution of the system (2.126), |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(2.127) is absolutely stable. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Problem 9. Find sector [E, 0 |
2 ], where Iserman’s problem has a solution. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Note that as follows from the work [12] Iserman’s problem not always has a |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
solution. The |
problem |
consists |
|
|
of finding such a feedback matrix |
S |
, |
of |
|
|
order |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
m (2m n), |
for which in the |
|
sector |
[E, 0 |
], |
where |
|
0 |
2 |
, Iserman’s problem |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
had a solution. Sector [E, 0 ], |
|
|
|
|
|
|
|
|
means that [ , 0i ], |
|
0i = 0i 2i , where |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
i |
= , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
E = diag ( 1,..., m ), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
= diag ( 01,..., 0m ), |
|
0 |
= diag( 01,..., 0m ), |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
i = 1, m, |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
2 |
= diag( 21,..., 2m ), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
E > 0, |
2 > 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
142
Chapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems
Nonsingular transformation. Information about the properties of nonlinearities is contained in inclusion ( ) 1 . It is necessary to convert equation (2.128) so that explicitly present the function ( (t)), t I through phase coordinates of the
system, taking into account Hurwitz of the matrix A1 = A1(E) .
Moreover, nonsingular transformation should be such that part of the transformed system does not contain nonlinearity. With such a transformation you can get improper integrals independent of functions ( ) 1 , allowing you to expand the area of absolute stability in space of parameters of the system and get a solution to the
Iserman’s problem. |
|
|
|
|
It should be noted that the existing conversion of the linear system from [13: |
§5 |
, |
||
|
||||
Theorem 2] based on the controllability of a pair |
( A, B) |
does not satisfy the above |
||
requirements. |
|
|
|
|
|
i |
|
Lemma 13. Let the matrices
R |
n 2m |
,i = 1, m such that: |
|
b = |
|
* |
|
i |
i |
B =|| |
|
1 |
|
* |
|
1, |
b |
i |
|
b1,...,bm ||, |
where |
j |
= 0,i = 1, m,i |
|
|
|
|
|
b Rn 2m ,i = 1.m, |
vectors |
||
i |
|
||
j , |
(2.130) |
where |
b |
b |
,i |
j,(*) |
is |
i |
j |
|
|
system (2.128) the following
|
* |
z(t) = |
|
* |
||||
i |
i |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
If in addition rank |
B |
* |
= |
|||||
|
|
|||||||
1 |
|
|
|
a transpose sign. Then alongwith the identities hold.
A z(t) |
( |
(t)),t I = [0, ),i = 1, m |
|
1 |
i |
i |
|
m |
and Gram determinant |
|
solution of the
. (2.131)
|
|
|
|
< |
, |
> |
< |
, |
2 |
> ... |
|||||
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
||
( |
,..., |
m |
) = |
|
... |
|
|
... |
|
|
... |
||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< |
m |
, |
> |
< |
m |
, |
2 |
> ... |
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
< |
, |
m |
> |
|||
|
1 |
|
|
|
||
|
... |
|
|
|
||
< |
m |
, |
m |
> |
||
|
|
|
|
0
,
(2.132)
then vectors |
|
i |
|
scalar product
Proof. As
the left
,i = 1, m |
exist and they are linearly independent, where |
< |
, |
j |
> |
is a |
|||||||||||
|
|
|
|
i |
|
|
|||||||||||
i , j ,i, j = 1, m . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
* |
= ( |
|
,..., |
|
), |
i = 1, m |
, then by multiplying the identity from |
|||||||||
i |
i1 |
i,n 2m |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
z(t) = A z(t) B ( (t)), |
t I |
on |
|
* |
we |
|
|
get |
|||||||||
i |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
*z(t) = * A z(t) B ( (t)), |
t I , |
i = 1, m, where |
*B |
= ( *b ,..., *b ). |
|||||||
i |
i 1 |
i 1 |
|
|
|
|
i 1 |
i 1 |
i m |
From here taking into account (2.130), we get (2.131). Notice, that ratio (2.130) can be written as
143
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
i1b11 i 2b12 ... i,n 2mb1,n 2m = 0,
i1bi1 i 2bi 2 ... i,n 2mbi,n 2m = 1,
i1bm1 i 2bm2 ... i,n 2mbm,n 2m = 0,i = 1, m,
|
b |
|
|||
|
k1 |
|
|||
|
bk 2 |
|
|
|
|
|
|||||
bk = |
|
, k = 1, m. |
|||
|
|
||||
|
|||||
b |
|
||||
|
k ,n 2m |
If rank |
B |
* |
= m |
, then this system of equations has a solution |
|
,i = 1, m. |
From |
|||
|
||||||||||
1 |
|
i |
|
|||||||
the condition (2.132) it follows that vectors |
|
,i = 1, m |
are linearly independent. The |
|||||||
i |
|
lemma is proved.
Lemma |
|
14. |
Let |
the |
vectors |
|
|
|
,..., |
|
such |
that |
|
* |
b = |
|||||||
|
01 |
0,n m |
0k |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
i |
||||||||||||||||
k = 1, n m |
, |
b b |
j , i j . Then |
along |
the solution |
of the |
system |
|||||||||||||||
|
i |
|
||||||||||||||||||||
following identities hold: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
z(t) = |
* |
A z(t), k = 1, n m,t I |
. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0k |
0k |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
If in addition rank |
B |
* |
= m |
and Gram determinant |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
, |
i = 1, m |
, |
|
|
(2.128) the
(2.133)
( |
01 |
,..., |
n m |
|
|
< |
01 |
, |
01 |
> ... |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
) = |
|
... |
|
|
|
... |
||
< |
0n m |
, |
01 |
> ... |
||||
|
|
|
|
< |
01 |
, |
0n m |
> |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
... |
|
|
|
||
< |
0n m |
, |
0n m |
> |
||||
|
|
|
|
0
,
(2.134)
then vectors 01,..., 0n m exist and they are linearly independent.
|
|
0,k = |
(1) |
(n 2m) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
), k = 1, n m, then by multiplying the identity |
||||||||||
Proof. As |
( 0k ,..., 0k |
|||||||||||
from the left (2.128) taking into account that |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
0(1)k bj1 0(2)k bj 2 |
... 0(kn 2m)bj,n 2m |
|
|
|
|
|
|||||
|
= 0, k = 1, n m, j = 1, m |
|||||||||||
we get |
* z(t) = * A z(t), t I. From here we get identity (2.133). By the hypo- |
|||||||||||
|
0k |
0k |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
thesis |
of the |
lemma |
rank |
B* = m |
and the |
following inequality holds (2.134). |
||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
144
Chapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems
Consequently, vectors 0k Rn 2m , |
|
|
|
k = 1, n m exist and are linearly independent. |
The lemma is proved.
Lemma 15. Let the conditions of the Lemmas 2.13, 2.14 be satisfied, and let, moreover, rank of the matrix
R =|| |
,..., |
m |
, |
01 |
,..., |
0,n m |
|| |
1 |
|
|
|
|
(2.135)
of order (n 2m) (n 2m) be equal to |
n 2m . Then equation (2.128) is equivalent |
to the following system of equations |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
= a11 y ... a1,n 2m y |
|
|
|
|
|
( ),..., |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
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|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 2m |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
), |
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
= am1 y ... am,n 2m y |
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 2m |
|
|
|
m |
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
y |
= am 1,1 y ... am 1,n 2m y |
|
|
,..., |
y |
|
|
|
= an 2m,1 y ... an 2m,n 2m y |
, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
m 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 2m |
|
|
|
|
|
|
n 2m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 2m |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
= |
s |
y ... s |
|
|
|
|
y |
|
|
|
,..., |
|
m |
= s |
m1 |
y ... s |
m,n 2m |
y |
|
|
|
(2.136) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
1 |
|
|
|
|
|
|
1,n 2m |
n 2m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
n 2m , |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
* |
z,i = 1, m |
|
|
k = 1, n m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
where |
= |
, |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
i |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Proof. |
|
|
|
As |
rank |
|
|
R = n 2m |
, |
|
then |
|
from |
|
|
(2.135) it |
follows that |
vectors |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
i |
R |
n 2m |
, |
|
i = 1, m, |
0k |
|
R |
n 2m |
, |
k = 1, n m form the basis in |
R |
n 2m |
. Then |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
A z = a11 |
|
* |
z ... a1m |
|
* |
|
z |
a1,m 1 |
* |
|
z ... a1,n 2m |
* |
|
|
|
|
z, |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
m |
|
01 |
0,n m |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
* |
A z = am1 |
* |
z ... |
am,m |
* |
z |
am,m 1 |
* |
z |
... am,n 2m |
|
* |
|
|
z, |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
m |
1 |
|
m |
01 |
0,n m |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
A z = am 1,1 |
* |
z ... am 1,m 1 |
* |
z |
... am 1,n 2m |
* |
|
|
|
|
z, |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
01 |
0,n m |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
01 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
A z = an 2m,1 |
|
* |
z ... an 2m,m 1 |
* |
|
z |
... an 2m,n 2m |
* |
|
|
|
z, |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0,n m |
1 |
|
01 |
0,n m |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
where
ai , j ,
i, j = 1, n 2m
are decomposition coefficients
A |
, |
|
* |
|
|
1 |
i |
|
i = 1, m,
A |
|
, |
* |
|
|
1 |
0k |
|
k = 1, n m by bases i Rn 2m , |
i = 1, m, |
0k Rn 2m , |
k = 1, n m |
taking into account (2.131), (2.133) we get a system of equations (2.136).
|
* |
R |
n 2m |
, |
* |
= ( |
Similarly, by decomposing vectors |
S1 j |
|
where S1 |
. From here
S11* ,..., S1*m ),
j = 1, m by bases i , i = 1, m, 0k , k = 1, n m, we get
1 = s11 y1 ... s1,n 2m yn 2m ,..., m = sm1 y1 ... sm,n 2m yn 2m.
145
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
The lemma is proved. |
|
|
|
|||
From |
Lemmas 2.13–2.15 |
it follows that variables |
y = ( y1,..., yn 2m ) |
and |
||
z = (z ,..., z |
n 2m |
) are related by |
y = R* z . Consequently, z = (R* ) 1 y. If we denote |
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
K = R* , |
then |
y = Kz, z = K 1 y. Then differential |
equation (2.128) |
with |
nonsingular transformation is reduced to
where
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
y(t) = A1 y B1 ( ), |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
= S1( y), ( ) 1, y(0) = y0 |
= Kz(0),| y0 |< ,t I , |
|
|
(2.137) |
|||||||||||||||||||
A1 |
= KA K |
1 |
* |
* |
1 |
, B1 |
= KB |
* |
B |
, |
S1 |
= S K |
1 |
* |
1 |
. |
|||||||
|
= R |
A (R ) |
|
= R |
|
= S (R ) |
|
||||||||||||||||
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
Lecture 23.
Solution properties and improper integrals in a simple critical case
Solution properties. It can be shown that the solution of the system (2.128), and also (2.137) are limited.
Theorem |
15. Let the |
matrix |
A = A (E) |
|
be a Hurwitz matrix, i.e. |
|||
1 |
1 |
|
||||||
Re |
j |
( A ) < 0, |
j = 1, n 2m, |
function |
( ) |
, |
and conditions of the lemmas |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|||
1-3 are satisfied. Then following estimates are true: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| z(t) | c |
,| z(t) | c |
,t I |
, |
|
(2.138) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
y(t) | c |
,| |
y(t) | c ,t I |
, |
|
(2.139) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| (t) | c |
,| (t) | c |
,t I |
, |
|
(2.140) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|||||||
where |
ci = const > 0, |
c < , |
i = 0,5 |
. Moreover, the functions |
z(t), y(t), (t),t I |
||||||||||||||||||||
i |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
are uniformly continuous. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Proof. From inclusion ( ) 1 |
it follows that | ( (t)) | * , 0 < * < , |
|||||||||||||||||||||||
t, |
|
t I. |
As |
matrix |
A1 |
is |
a |
|
Hurwitz |
matrix, |
i.e. Re j ( Ai ) < 0, |
||||||||||||||
a = |
|
|
Re |
( A ) < 0, then |
A t |
|| ce |
(a )t |
, t, t I , |
c = c( ) > 0, > 0 |
||||||||||||||||
max |
|| e 1 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
j |
i |
|
|
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1 j n 2m |
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is an arbitrarily small number [14:§ 13, inequality (7)]. Solution of the differential equation (2.128) has the form:
z(t) = eA1t z0 t eA1(t )B1 ( ( ))d ,t I.
0
146
Chapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems
Then
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A t |
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t |
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(t ) |
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||||
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A |
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|||||||
| z(t) | || e 1 |
||| z |
0 |
| |
|| e 1 |
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|||| |
B ||| ( ( )) | d |
||||||||||||||||||||||||||||||||
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1 |
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||||
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0 |
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t |
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|||
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e | z |
0 |
| e(a )t ce(a )t || B || |
* |
|
e (a ) d = |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||
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1 |
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||||||
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0 |
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= c | z |
|
| e |
(a )t |
ce |
(a )t |
|| |
B |
|| |
[ |
|
1 |
|
|
e |
(a )t |
|
1 |
] = |
|||||||||||||||||||||||
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 |
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|||||||||||||||||||||||
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1 |
* |
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|
a |
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a |
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||||||||
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||||||||
= c | z |
|
| e |
(a )t |
|
1 |
|
c || |
B || |
|
|
( (x))( 1 e |
(a )t |
) |
||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
* |
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|||||||||||||||||||||||||||||||
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|
a |
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1 |
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||||||
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||||
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|
c | z |
|
| |
1 |
|
c |
|| B |
|| |
|
( |
(x)) = c |
, |
|
|
|
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||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
* |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||
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a |
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1 |
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|
0 |
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|||||
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|||||
where e(a )t 1,t I , a < 0, |
|
1 |
|
|
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|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
> 0,| ( ( )) | |
* |
, t,t I. From here we |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|||||||
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|
get limitation of the solution of the system (2.128). From the equation (2.128) it follows that
|
| z(t) | || A |
||| z(t) | || B |
||| ( (t)) | || A |
|| c || B || |
* |
= c , t,t I. |
|
||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
0 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
Then | (t) | || S |
|
||| z(t) | || S |
|| c |
= c , |
| (t) | || S |
||| z(t) | || S |
|
|| c |
= c , |
t I. |
|||||||||
|
|
1 |
|
1 |
0 |
|
4 |
|
1 |
|
|
1 |
1 |
5 |
|
|
|||
As |
function |
|
y(t) = Kz(t), |
|
t I , |
then |
| |
y(t) | || K ||| |
z(t) | || K || c0 |
= c2 , |
|||||||||
| y(t) | || K ||| z(t) | || K || c1 = c3 , |
t, t I. |
So, estimates (2.138)–(2.140) are proved. |
|||||||||||||||||
From the limitations of functions |
y(t), z(t), (t),t I |
we get uniform continuity |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
of functions |
y(t), z(t), (t),t I. |
The theorem is proved. |
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||||||||||
|
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|
|||||||||
It |
should be |
noted that: |
|
1) |
|
From evaluation |
| z(t) |, |
|
t I |
we |
have |
||||||||
|
|
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|
|
lim |
| z(t) |=| z( ) | c | z |
|
| |
1 |
c || B |
|| |
|
= c |
|
due to continuity |
z(t), |
t I , |
|||||||
0 |
|
* |
0 |
||||||||||||||||
|
|
a |
1 |
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||||||||||
t |
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a < 0. Consequently, lim | y(t) |=| y( ) | || K || c0 = c2 , |
lim | (t) | || S1 || c0 |
||||||||||||||||||
|
t |
|
|
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|
t |
|
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|
where
= c4 .
Lemma 16. Let the conditions of the lemmas 13–15 be satisfied. Then along the solution of the system (2.137) the following identities hold
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(2.141) |
||||
( (t)) = H0 y(t) A11 y(t),t I , |
|||||||||||
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||
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(2.142) |
||||||
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|
H1 y(t) = A12 y(t),t I , |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
(t) = S11H0 y(t) S12H1 y(t),t I , |
(2.143) |
147
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
where
H |
0 |
= (I |
|
|
A11 =
m |
, O |
|
m |
||
a11 |
||
|
|
|
... |
||
|
am1 |
|
|
||
|
||
|
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|||||||||||||||
(t) = S11H0 y(t) S12 A12 y(t),t I , |
|
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(2.144) |
|||||||||||||||||||||
|
|
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H |
0 |
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A11 |
|
||
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), H |
|
= (O |
|
, I |
|
|
|
|
), |
|
|
= I |
|
|
, A1 = |
|
|
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|||||
,n 2m |
1 |
|
n m |
|
|
n 2m |
|
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, |
|||||||||||||||
|
|
|
n m,m |
|
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H1 |
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A12 |
|
|||
... |
a1,n 2m |
|
|
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|
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am 1,1 |
|
... |
am 1,n 2m |
|
|
||||||||||
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... |
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A12 |
= |
... |
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|
... |
|
... |
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|||||||||
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|
|
, |
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|
, |
|
||||||
... |
am,n 2m |
|
|
|
|
|
|
an 2m,1 |
... |
an 2m,n 2m |
|
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||||||||||||
|
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||||||||||||||||
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S11 ... |
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S1,m |
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S1,1 m |
... |
S1,n 2m |
|
|||||||||||||||
|
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S1 = S11 |
S12 , S11 = |
... ... |
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|
... |
|
|
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|
|
= |
... |
... |
... |
|
||||||||||||||||||||||||||
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, S12 |
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. |
||||||||||||||||||
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S m1 ... |
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|
S m,m |
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S m,m 1 |
... |
S m,n 2m |
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|||||||||||||||||
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Proof. As conditions of the lemmas 13–15 are satisfied, then we get ratios |
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(2.136). Notice, that |
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|
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|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
||||
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||||
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1 |
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m 1 |
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|||||
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||
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H |
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y = |
... |
|
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y = |
... |
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||||||||||||
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0 |
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|
, H |
1 |
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. |
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|||||||||||
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|
y |
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|
y |
|
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||||||||
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m |
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n 2m |
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Then from (2.136) it follows that |
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( ) = |
y a11 y ... a1,n 2m y |
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,..., |
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1 |
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1 |
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n 2m |
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m ( m ) = ym am1 y1 |
... am,n 2m yn 2m , |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||
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H |
0 |
y |
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||||
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|||||||
(t) = (S11, S12 ) y = (S11, S12 ) |
|
|
= S11H y S12H y, H y = A12 , |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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H y |
|
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0 |
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1 |
1 |
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||||||
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1 |
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|||
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t I |
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|
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|
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|
|
|
|||||||
where y = y(t), y = y(t), |
|
|
|
|
|
|
. Consequently, identities (2.141)–(2.144 hold. The |
lemma is proved.
Lemma 17. Let the conditions of the lemmas 13–16 be satisfied. Then for any matrices M1, M2 , N1, N2 of orders (n 2m) (n 2m), (n 2m) (n 2m),
(n 2m) (n m), (n 2m) (n m) respectively, along the solution of the system (2.137) the following identities hold
148
Chapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems
* |
(t)M |
y |
* |
(t)M |
|
y |
(t) = |
d |
* |
(t)M |
|
y(t)], t I ïðè M |
y |
(t) y |
2 |
|
[ y |
2 |
|||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
* |
(t)N |
|
y |
* |
(t)N ][H |
|
|
[ y |
|
2 |
|
1 |
y(t) A12 y(t)] 0,t |
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
||
Proof. Identity (2.145) directly follows from equality |
d |
* |
(t)M |
|
y(t)] = y |
* |
(t)M |
|
|
* |
(t)M |
|
|
* |
(t)M |
* |
y |
(t) |
|||||||
dt |
[ y |
2 |
|
2 |
y(t) y |
2 |
y(t) = y |
2 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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||||||
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|
|
* |
(t)M |
|
|
* |
(t)M |
|
y |
(t),t I ïðè M |
* |
|
= M |
. |
||||||||
|
|
|
|
= y |
y(t) y |
2 |
2 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
= M |
* |
, |
|
1 |
2 |
|||
|
|
I .
* |
(t)M |
y |
(2.145)
(2.146)
2 |
y |
(t) = |
|
|
As follows |
from identities (2.142) for any matrices |
N |
, |
N |
2 |
of order |
1 |
|
|
||||
(n 2m) (n m) , |
(n 2m) (n m) , respectively, identity (2.146) holds. The lemma |
is proved.
Improper integrals. Based on nonsingular transformation y = R* z and properties
of solutions (2.138)–(2.140) and identities (2.141)–(2.144) we can obtain evaluations of improper integrals along the solution of the system (2.137).
Theorem 16. Let the conditions of the lemmas 13–15 be satisfied, matrix |
A |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 be a |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hurwitz |
matrix, |
the |
function |
|
|
|
( ) 1. |
Then |
|
|
for |
|
any |
diagonal |
matrix |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 = diag ( 11,..., 1m ) |
of |
order |
m m |
|
along |
|
the |
|
solution of the |
system (2.137) the |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
improper integral |
|
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|||||||
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* |
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I = |
|
( (t)) |
(t)dt = |
[ y |
* |
(t) y |
(t) y |
* |
(t) |
|
|
|
|
|
* |
(t) |
|
|
y(t)]dt = |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
|
|
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|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
y(t) y |
3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
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|
1 |
|
|
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|
|
|
|
|
|
1 |
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|||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
( ) |
|
|
|
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|||
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|
i |
|
|
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||
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|
= |
|
|
|
|
|
i |
( |
) |
1i |
d |
i |
< |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.147) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
i |
|
|
|
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|
||||||||||
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|
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|
i=1 |
i |
(0) |
|
|
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||||
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|
|
where |
|
|
|
|
|
|
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|
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* |
|
|
|
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|
1 = H0* 1 S11H0 , 2 = H0* 1 S12 A12 H0* S11 1 A11, 3 |
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= A11r1 S12 A12 . |
(2.148) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= KA K 1, |
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Proof. Notice |
that |
matrix A1 |
|
where |
|
|
is a |
nonsingular |
matrix. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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1 |
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|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Consequently, |
j ( A1 ) = j ( A1 ), j = 1, n 2m , matrix |
A |
1 |
is a Hurwitz matrix if the |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
matrix A |
|
is |
|
a Hurwitz matrix, where |
|
|
j |
( A ) = |
j |
( A1 ), j = 1, n 2m are eigenva- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
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1 |
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||||
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|
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|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
lues of the matrix A1 , Re j ( A1 ) = Re j ( A1 ) < 0, j = 1, n 2m. |
|
|
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|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| y(0) | || K ||| z0 |< . |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
As follows from Theorem 15, | y( ) |<|| K || c0 |
|
= c2 , |
|
Impro- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
per integral |
|
|
|
|
|
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|
|
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|
|
149
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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I = |
|
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|
|
|
|
|
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|
* |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
( (t)) (t)dt = [H |
0 |
y(t) A11 y(t)] |
[S11H |
0 |
y(t) S12 A12 y(t)]dt = |
||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
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|
1 |
|
|
|
|
|
||
|
|
0 |
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
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m |
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( ) |
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|
i |
|
|
|
|
||
|
[ y |
* |
(t) 1 y(t) y |
* |
|
|
|
|
|
* |
(t) 3 y(t)]dt = |
|
i ( i ) 1i d i |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
(t) 2 y(t) y |
|
< , |
|||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
i=1 |
(0) |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
by virtue of identities (2.141)–(2.144), where |
| (0) | c4 |
< , |
| ( ) | c4 |
< , matri- |
|||||||||||||||||||||||||||
ces |
, |
|
2 |
|
, |
|
3 |
of orders (n 2m) (n 2m) are denoted by relations from (2.148). |
|||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
The theorem is proved. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Theorem 17. Let the conditions of the lemmas 13–15 be satisfied, matrix |
A |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
1 be a |
||||||||||||||||||||||||||||||
Hurwitz |
matrix, |
the |
|
function |
|
|
( ) |
. |
Then for |
any diagonal |
matrix |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|||||||||||||||||||||||
2 = diag ( |
21,..., 2m ) 0 |
|
of order |
m m, |
along the solution of the system (2.137) the |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
improper integral |
|
|
|
|
|
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||||||||
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* |
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|
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|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
I |
|
= |
[ |
( (t)) |
|
|
1 |
|
|
|
( (t)) (t)]dt = |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
0 |
( (t)) |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
* |
* |
|
|
||
= |
[ y |
|
(t) y(t) y |
|
(t) |
|
y(t) |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
y |
* |
(t) |
|
y(t)]dt |
|
3 |
|||
|
|
|
|
0
,
(2.149)
where
|
* |
|
|
|
1 |
H |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
S11H |
|
|
|
|
|
* |
|
S12H , |
||||||||||
= H |
0 |
0 |
2 |
|
= 2H |
|
0 |
|
|
A11 H |
2 |
0 |
H |
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
1 |
A |
|
|
|
|
* |
|
|
S |
|
|
H |
|
|
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S |
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H |
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3 |
= A |
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2 |
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A |
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2 |
11 |
0 |
A |
2 |
12 |
1 . |
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(2.150) |
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11 |
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0 |
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11 |
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11 |
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11 |
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Proof. From inclusion |
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1 |
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it follows that |
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i ( i ) |
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, |
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i |
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1 |
, |
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, |
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1 |
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0i |
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( |
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) |
0i |
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i |
i |
R ,i = 1, m. |
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i |
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i |
i |
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2 |
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Then for any value 2i 0 an |
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i |
( i ),i = 1, m. |
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Consequently, |
i i ( i ) 0i |
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2 |
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inequality holds i ( i ) 2i i |
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) |
0,i = 1, m. From here it follows that |
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0i |
2i i ( i |
m |
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2 |
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[ 1 |
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|||
2i |
i |
||||
|
0i |
|
|||
i=1 |
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|
Let the 2 = diag ( 21,..., 2m ) 0, |
(2.151) can be written as
( |
) |
( |
) |
|
i |
i |
i |
|
2i |
0i1 = diag ( 011
i |
] 0 |
. |
(2.151) |
|
,..., 0m1 ). Then inequality
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