Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

А.Н.Шерстнев - Математический анализ

..pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
2.83 Mб
Скачать

d( ) = 0g

| KONE^NO, LIBO 1 = Br( 0 ). wTOROE, ODNAKO, NEWOZMOVNO.

f|TO NEWOZMOVNO PRI 0 = 0, IBO INA^E URAWNENIE (2) IMEET NENULEWOE

RE[ENIE PRI = 0, A ZNA^IT (SM. (ii)), PRI = 0 URAWNENIE (1) IMEET

 

6

 

 

 

g

NENULEWOE RE[ENIE. pRI = 0 ISPOLXZUJTE SWQZNOSTX C

(!!).

 

6

 

2

n

 

(iv). pOKAVEM, ^TO d( ) = 0 (T. E.

 

Br ( 0 ) 1) OZNA^AET, ^TO URAW-

NENIE

 

 

 

 

 

 

(I , C ( ))' =

 

ODNOZNA^NO RAZRE[IMO PRI L@BOM

. pOLOVIM ' =

+ N , GDE N |

RE[ENIE URAWNENIQ

(IK , C( )) N = C( ) :

|TO POSLEDNEE URAWNENIE | URAWNENIE W K, I ONO RAZRE[IMO, TAK KAK det[I , C ( )] = d( ) 6= 0. tOGDA

[I , C ( )]( + N ) = , C ( ) + C( ) = ;

^TO I TREBOWALOSX. tAKIM OBRAZOM, I , C ( ) OBRATIM, IBO [I , C( )],1 OPREDELENWS@DU W H (I ZAMKNUT). >

x253. sPEKTRALXNAQ TEOREMA DLQ SAMOSOPRQV•ENNOGO

KOMPAKTNOGO OPERATORA

1.[tEOREMA rISSA-{AUDERA]. pUSTX A 2 C(H ). tOGDA DLQ L@BOGO

"> 0 MNOVESTWO (A)nB"(0) KONE^NO, PRI^EM ESLI 0 6= 2 (A), TO | SOBSTWENNOE ZNA^ENIE OPERATORA A KONE^NOJ KRATNOSTI.

 

 

pUSTX | DISKRETNOE MNOVESTWO IZ TEOREMY x252. pRI \TOM

 

 

2 (A)nB"(0)

TTOGDA

1= 2

B1="[0].

iZ DISKRETNOSTI

 

OTS@DA

SLEDUET, ^TO (A)nB"(0) KONE^NO.TdALEE, ESLI K | PODPROSTRANSTWO

WSEH SOBSTWENNYH WEKTOROW IZ H,

PRINADLEVA]IH SOBSTWENNOMU ZNA^E-

 

 

6

 

 

 

 

 

 

NI@ = 0; TO OGRANI^ENIE NA K KOMPAKTNOGO OPERATORA 1 A QWLQETSQ

TOVDESTWENNYM I KOMPAKTNYM OPERATOROM W K. iZ 244.4 SLEDUET, ^TO K KONE^NOMERNO. >

 

2. eSLI A 2 C(H ) | SAMOSOPRQVENNYJ OPERATOR I (A) = f0g, TO

A = 0.

k

 

k

kfk=1 jh

 

ij 6

k k

kfk=1h

 

i

 

 

 

 

 

 

pUSTX

 

A

 

= sup

Af; f

= 0 I DLQ OPREDELENNOSTI

A

= sup

Af; f

 

(MY POMNIM, ^TO KWADRATI^NAQ FORMA hAf; fi W DANNOM SLU^AE PRINIMAET WE]ESTWENNYE ZNA^ENIQ). tOGDA SU]ESTWUET POSLEDOWATELXNOSTX (gn ),

441

TAKAQ, ^TO kgnk

= 1 I hAgn; gni ! kAk. tAK KAK A 2 C(H ); (Agn) OBLA-

DAET SHODQ]EJSQ PODPOSLEDOWATELXNOSTX@

OBOZNA^AEMOJ TAKVE

(Agn)) :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

Agn ! h.

iMEEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kAgn , kAkgn k2 =

kAgnk2

, 2kAkhAgn; gni + kAk2

 

 

 

 

 

 

kAk

k k

 

2[kAk2

, kAkhAgn; gni] ! 0 (n ! 1):

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

! kAk

6

 

 

 

oTS@DA gn =

 

1

 

( A

gn

 

Agn +Agn)

 

 

1

 

h = . sLEDOWATELXNO, Ah =

 

k

 

 

 

 

 

k k

n

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

limAgn =

A h

WLE^ET

^TO

h |

SOBSTWENNYJ WEKTOR OPERATORA

A,

A

 

• ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kAk | OTWE^A@]EE EMU SOBSTWENNOE ZNA^ENIE. pO\TOMU kAk 2 (A): >

3.z A M E ^ A N I E. eSLI dim H = 1, TO 0 2 (A) DLQ L@BOGO A 2 C(H )

(!!).

4.[tEOREMA gILXBERTA-{MIDTA (SPEKTRALXNAQ TEOREMA DLQ SAMOSOPRQV•ENNOGO KOMPAKTNOGO OPERATORA)]. pUSTX A | SAMOSOPRQV•ENNYJ KOM-

PAKTNYJ OPERATOR W SEPARABELXNOM GILXBERTOWOM PROSTRANSTWE H. tOGDA SU]ESTWUET ORTONORMIROWANNYJ BAZIS (fn ) W H TAKOJ, ^TO

A = X nh ; fnifn; n 2 R; n ! 0:

n

pUSTX k | NENULEWYE TO^KI SPEKTRA A. w SOOTWETSTWII S 251.7 I PP.

1,3 (A) = f0g [ f 1; 2; : : :g; k 2 R. kAVDOE SOBSTWENNOE ZNA^ENIE k IMEET KONE^NU@ KRATNOSTX:

dim Hk < +1; GDE Hk = ff 2 H j Af = kfg:

w KAVDOM Hk WYBEREM ORTONORMIROWANNYJ BAZIS I RASSMOTRIM SISTEMU (fn ) | OB_EDINENIE \TIH BAZISOW. |TO ORTONORMIROWANNAQ SISTEMA, TAK KAK SOBSTWENNYE WEKTORY, OTWE^A@]IE RAZLI^NYM SOBSTWENNYM ZNA^E- NIQM ORTOGONALXNY (SM. 251.9). pUSTX K | ZAMYKANIE LINEJNOJ OBOLO^-

KI SISTEMY (fn ). tOGDA AK

K; AK?

K? (!!). pO\TOMU OPERATOR

A

AjK? | SAMOSOPRQV•ENNYJ KOMPAKTNYJ OPERATOR (W K? ). sNOWA W

SILU P. 1 0 =

2

(A) OZNA^AET, ^TO | SOBSTWENNOE ZNA^ENIE OPERA-

e

6

 

A. nO PO POSTROENI@ NE SU]ESTWUET NI

TORA A, A ZNA^IT, I OPERATORA

 

 

 

e

 

 

ODNOGO NENULEWOGO SOBSTWENNOGO ZNA^ENIQ, NE PRINADLEVA]EGO SEMEJSTWU

f 1; 2e; : : :g. pO\TOMU (A) = f0g I SOGLASNO P. 2 A = 0.

 

 

 

e

442

e

 

 

 

 

 

dOPOLNIM ORTONORMIROWANNU@ SISTEMU (fn) DO ORTONORMIROWANNOGO BAZISA W H (T. E. PRISOEDINIM K (fn) BAZIS W K?). oBRAZUEM TEPERX POSLE- DOWATELXNOSTX: 1; 1; : : : ; 1; 2; : : : , W KOTOROJ KAVDOE SOBSTWENNOE ^ISLOk DUBLIRUETSQ STOLXKO RAZ, KAKOWA EGO KRATNOSTX, I, ZANOWO PERENUMERO- WYWAQ POLU^ENNU@ POSLEDOWATELXNOSTX, MY POLU^IM POSLEDOWATELXNOSTX

( n ),

PRI^EM

0.

|TA POSLEDOWATELXNOSTX ISKOMAQ

.

dEJSTWITELXNO

,

n !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PREDSTAWIW L@BOJ WEKTOR

 

 

W WIDE

 

 

 

 

RAZLOVENIE

 

W

RQD fURXE), IMEEM

 

 

 

f 2 H

 

 

f = Phf; fnifn (

f

 

 

 

X

hf; fnifn) =

X

hf; fniAfn =

X

nhf; fnifn:

 

 

 

 

 

Af = A(

 

 

 

 

>

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

n

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

5. [kANONI^ESKAQ FORMA KOMPAKTNOGO OPERATORA]. pUSTX A | KOM-

PAKTNYJ OPERATOR W SEPARABELXNOM GILXBERTOWOM PROSTRANSTWE H.

tOGDA SU]ESTWU@T ORTONORMIROWANNYE SISTEMY (fn); (gn ) I ^ISLA n

0 TAKIE, ^TO

 

 

P

h i

RQD SHODITSQ PO OPERATORNOJ NORME

).

A = n n ; gn fn (

uTWERVDENIE O^EWIDNO, ESLI A = 0. pUSTX A | KOMPAKTNYJ OPERATOR, A 6= 0. tOGDA A A | SAMOSOPRQVENNYJ KOMPAKTNYJ OPERATOR, I PO TEO- REME gILXBERTA-{MIDTA SU]ESTWUET ORTONORMIROWANNAQ SISTEMA (gn ) I ^ISLA n > 0 TAKIE, ^TO

A A =

X

nh ; gnign; n ! 0:

 

n

 

fw PREDSTAWLENII OPERATORA A A SOGLASNO P. 4 MY OSTAWLQEM LI[X NE- NULEWYE SLAGAEMYE; n > 0 W SILU WYKLADKI:

 

 

n = nkgnk2 = h ngn; gni = hA Agn; gni = kAgnk2:g

oTMETIM DALEE, ^TO Ker (A A) = fg1; g2; : : :g? . pOLOVIM n = p

 

; fn =

n

 

Agn

. pOLU^ENNAQ SISTEMA WEKTOROW (fn ) | ORTONORMIROWANNAQ:

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

n2

 

 

hfn ; fmi = n m hAgn; Agmi =

 

n m hA Agn ; gmi

= n m hgn; gmi

 

 

= nm:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pROIZWOLXNYJ WEKTOR f 2

H PREDSTAWIM W WIDE f = n hf; gnign + h, GDE

h 2 Ker (A A). nO TOGDA h

2 Ker(A), OTKUDA

P

 

 

Af =

X

hf; gniAgn =

X

nhf; gnifn (f 2 H ):

 

 

 

 

n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

443

iSKOMOE PREDSTAWLENIE A POLU^ENO. pRI \TOM n ! 0 WLE^ETSHODIMOSTX POLU^ENNOGO RQDA PO OPERATORNOJ NORME (!!). >

x254. pRILOVENIQ K LINEJNYM INTEGRALXNYM URAWNENIQM

1. bUDEM RASSMATRIWATX INTEGRALXNYE OPERATORY WIDA (T f)(t) = Z K (t; s)f (s) (ds) W PROSTRANSTWE H = L2(M; ). pRI \TOM PREDPOLAGA-

M

ETSQ, ^TO K 2 L2(M M; ). uRAWNENIE

Z K(t; s)f(s) (ds) = g(t)

M

(OTNOSITELXNO f ) NAZYWAETSQ URAWNENIEM fREDGOLXMA 1-GO RODA. fUNK- CIQ K (t; s) NAZYWAETSQ QDROM INTEGRALXNOGO URAWNENIQ (QDRO gILXBERTA- {MIDTA), A OPERATOR T (ON QWLQETSQ KOMPAKTNYM) NAZYWAETSQ OPERATO- ROM gILXBERTA-{MIDTA. pRI \TOM (SM. 246.5)

(T f )(t) = Z K(s; t)f(s) (ds):

M

2. z A M E ^ A N I E. bOLEE OB]IM OBRAZOM MOVNO RASSMATRIWATX OPERATORNOE URAWNENIE

(1)

T f = g;

GDE T | NEKOTORYJ KOMPAKTNYJ OPERATOR. oNO NAZYWAETSQ OPERATORNYM URAWNENIEM fREDGOLXMA 1-GO RODA. uRAWNENIE (1) NE KORREKTNO W SLEDU@- ]EM SMYSLE: ESLI g1 ; g2 | BLIZKIE (PO NORME) PRAWYE ^ASTI, TO SOOTWET- STWU@]IE RE[ENIQ f1; f2 (ESLI ONI SU]ESTWU@T) MOGUT BYTX DALEKIMIDRUG OT DRUGA. dEJSTWITELXNO, OPERATOR T ZAWEDOMO NE OBRATIM (T.K. 0 2 (T )), I DAVE ESLI T ,1 OPREDELEN• , ON QWLQETSQ ZAMKNUTYM, NO NE NE- PRERYWNYM OPERATOROM. pO\TOMU SU]ESTWUET POSLEDOWATELXNOSTX gn ! TAKAQ, ^TO T,1gn NE STREMITSQ K .

3. uRAWNENIE WIDA

f (t) , Z K (t; s)f (s) (ds) = g(t)

M

444

(OTNOSITELXNO NEIZWESTNOJ FUNKCII f) NAZYWAETSQ URAWNENIEM fRED- GOLXMA 2-GO RODA. mY BUDEM ZAPISYWATX EGO W OPERATORNOJ FORME:

(2)

(I , T )f = g;

GDE T | KOMPAKTNYJ OPERATOR. eSLI g 6= , TO URAWNENIE (2) NAZYWAETSQ NEODNORODNYM; ESLI g = , | ODNORODNYM:

(3)

(I , T )f = :

uRAWNENIE

 

(4)

(I , T )f =

NAZYWAETSQ SOPRQVENNYMODNORODNYM URAWNENIEM.

oSNOWNYE REZULXTATY, KASA@]IESQ RAZRE[IMOSTI URAWNENIJ fRED- GOLXMA 2-GO RODA, SOBRANY W SLEDU@]IH TREH TEOREMAH (TAKVE NAZYWAE- MYH TEOREMAMI fREDGOLXMA):

4. uRAWNENIE (2) RAZRE[IMO TTOGDA g ORTOGONALXNO KAVDOMU RE- [ENI@ SOPRQVENNOGO ODNORODNOGO URAWNENIQ (4).

5. [aLXTERNATIWA fREDGOLXMA]. lIBO URAWNENIE (2) IMEET PRI L@BOM g EDINSTWENNOE RE[ENIE, LIBO ODNORODNOE URAWNENIE (3) IMEET NENULE- WOE RE[ENIE.

6. oDNORODNYE URAWNENIQ (3), (4) IME@T ODNO I TO VE KONE^NOE ^ISLO LINEJNO NEZAWISIMYH RE[ENIJ.

4. sLEDUET NEMEDLENNO IZ PREDSTAWLENIQ

(5)

H = Ker (I , T ) R(I , T)

(SM. 248.4(iv)), W KOTOROM U^TENO, ^TO R(I , T ) ZAMKNUTO (SM. 245.7).

 

5. |TO SLEDSTWIE TEOREMY x252 PRI = 1.

 

6. pUSTX ff1; : : : ; fmg; fh1; : : : ; hng | ORTONORMIROWANNYE BAZISY IZ

 

 

6

RE[ENIJ URAWNENIJ (3) I (4) SOOTWETSTWENNO I PUSTX, NAPROTIW, n = m.

rASSMOTRIM DLQ OPREDELENNOSTI

SLU^AJ n > m (SLU^AJ n < m RASSMAT-

RIWAETSQ ANALOGI^NO). oPREDELIM KOMPAKTNYJ OPERATOR S RAWENSTWOM

m

S = T , kX=1h ; fkihk

445

I ZAMETIM, ^TO URAWNENIE Sf = f IMEET LI[X TRIWIALXNOE RE[ENIE. fdEJSTWITELXNO, ESLI f | RE[ENIE \TOGO URAWNENIQ, TO WSE SLAGAEMYE W LEWOJ ^ASTI RAWENSTWA

m

(I , T )f + Xhf; fkihk =

k=1

POPARNO ORTOGONALXNY (SM. (5)). w SILU 152.10

(I , T )f = ; hf; fki = 0 (1 k m):

tOGDA IZ PERWOGO RAWENSTWA SLEDUET, ^TO WEKTOR f | LINEJNAQ KOMBINA- CIQ WEKTOROW (fk ), A IZ OSTALXNYH, | ^TO f = .g

sOGLASNO ALXTERNATIWE fREDGOLXMA ZAKL@^AEM, ^TO URAWNENIE (I , S)f = hm+1 ODNOZNA^NO RAZRE[IMO. uMNOVAQ OBE ^ASTI \TOGO URAW- NENIQ SKALQRNO NA WEKTOR hm+1 , POLU^AEM (SNOWA SM. (5)) PROTIWORE^IE:

 

h

 

 

i

 

h

m

1 =

 

hm+1

; hm+1

 

=

 

(I , S)f; hm+1i

=

h(I , T )f; hm+1i

+ k=1hf; fkihhk; hm+1i = 0:

 

> :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

x255. sLU^AJ SIMMETRI^NYH I WYROVDENNYH QDER

1. rASSMOTRIM INTEGRALXNOE URAWNENIE fREDGOLXMA 2-GO RODA S SIM- METRI^NYM QDROM gILXBERTA-{MIDTA K (t; s)(= K(s; t)):

 

f(t) , Z K(t; s)f(s) (ds) = g(t):

 

M

w SOOTWETSTWII S x254 \TO URAWNENIE S KOMPAKTNYM SAMOSOPRQVENNYM

OPERATOROM (T f )(t) Z K (t; s)f (s) (ds):

 

M

( )

(I , T )f = g:

oTMETIM SLEDSTWIQ TEOREM fREDGOLXMA PRIMENITELXNO K DANNOMU SLU- ^A@:

2. (i) eSLI ^ISLO 1 NE ESTX SOBSTWENNOE ZNA^ENIE OPERATORA T , TO URAWNENIE ( ) ODNOZNA^NO RAZRE[IMO.

446

(ii) eSLI 1 | SOBSTWENNOE ZNA^ENIE T , TO URAWNENIE ( ) RAZRE[IMO, ESLI FUNKCIQ g ORTOGONALXNA WSEM SOBSTWENNYM FUNKCIQM, PRINADLE- VA]IM SOBSTWENNOMU ZNA^ENI@ 1.

3. pOLU^IM RE[ENIE URAWNENIQ ( ), ISPOLXZUQ SPEKTRALXNU@ TEOREMU DLQ KOMPAKTNOGO SAMOSOPRQVENNOGOOPERATORA. pUSTX (fn) | ORTONORMI- ROWANNYJ BAZIS IZ SOBSTWENNYH WEKTOROW OPERATORA T I

 

 

 

T =

X

nh ; fnifn; n 2 R; n ! 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| EGO PREDSTAWLENIE PO SPEKTRALXNOJ TEOREME 253.4. pUSTX

 

 

 

 

0 =

fn

2 N j n = 0g; 1 = fn 2 N j n = 1g;

 

 

 

 

 

=

Nn( 0 [ 1 ):

 

 

P

 

 

h

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rE[ENIE URAWNENIQ ( ) I]EM W WIDE f =

 

n

nfn , GDE n =

 

f; fn

 

| NEIZ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

WESTNYE KO\FFICIENTY fURXE WEKTORA

f .

tOGDA RAWENSTWO

(I T ) n nfn =

Ph

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

g; fn

fn PEREPI[ETSQ W WIDE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(I , T ) n n fn =

n 0 n(I , T)fn + n 1 n (I , T )fn

 

 

 

 

 

 

P

 

P

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

nfn + n n (1 , n)fn

 

 

 

+

n n (I , T)fn

= n 0

 

 

 

 

P

 

 

 

P

P

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

=

n 0hg; fnifn + n 1hg; fnifn + n hg; fnifn:

 

 

 

 

 

P

 

P

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

s U^ETOM

EDINSTWENNOSTI PREDSTAWLENIQ \LEMENTA RQDOM fURXE POLU^A-

EM W SLU^AE 2(i) (TOGDA 1 = ;):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g; fn

;

ESLI n

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

n = 8 hhg; fnii ;

ESLI n

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

1

,

n

 

 

 

 

2

 

 

 

 

iSKOMOE RE[ENIE IMEET WID:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f =

X2

hg; fnifn

+

(1 , n ),1hg; fnifn:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

0

6 ;

 

 

 

n

 

 

h

 

 

i

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w SLU^AE 2(ii) (TOGDA 1 =

I NEOBHODIMO

 

g; fn

 

= 0 (n

 

1)) ISKOMOE

RE[ENIE IMEET WID

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f =

X2

hg; fnifn +

X2

nfn

+

X2

(1

, n ),1hg; fnifn;

 

 

n

0

 

 

 

 

n 1

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

447

GDE n (n 2 1 ) | PROIZWOLXNYE KONSTANTY.

4. rASSMOTRIM W ZAKL@^ENIE SLU^AJ WYROVDENNOGO QDRA. iMENNO,

n

PUSTX K (t; s) = P Pj (t)Qj (s), GDE fPj g; fQjg | NABORY LINEJNO NEZA-

j=1

WISIMYH FUNKCIJ. tOGDA

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

(T f )(t) =

[ Pj (t)Qj (s)]f (s) (ds) =

j=1h

f; Qj

Pj (t):

 

 

 

Z

j=1

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

M X

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

iTAK, T | KONE^NOMERNYJ OPERATOR. oBOZNA^IM

 

 

 

 

 

 

 

xj = hf;

 

i; bj = hg;

 

i; aij = Z Pi(t)Qj (t) (dt) = hPi;

 

i:

Qj

Qj

Qj

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tOGDA ( ) PREWRATITSQ W URAWNENIE f(t) = g(t) + j

n

 

 

 

 

 

=1 xj Pj (t). sNOWA POD-

STAWLQQ f(t) W ( ), POLU^IM

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g(t) +

 

 

xj Pj (t) ,

 

hg +

 

xiPi;

Qj

iPj (t) = g(t);

 

 

j=1

 

 

j=1

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

X

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ILI j=1fxj , bj , i=1 aijxigPj (t) = 0. tAK KAK fPj g | LINEJNO NEZAWISI-

P

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MYE FUNKCII, PRIHODIM K SLEDU@]EJ SISTEME URAWNENIJ OTNOSITELXNO

 

 

 

 

n

 

 

j n). tAKIM OBRAZOM, RE[ENIE

NEIZWESTNYH xj :

xj , i=1 aijxi = bj (1

INTEGRALXNOGO URAWNENIQP S WYROVDENNYM QDROM SWEDENO K RE[ENI@ SIS- TEMY LINEJNYH ALGEBRAI^ESKIH URAWNENIJ, USLOWIQ RAZRE[IMOSTI KOTO- ROJ HORO[O IZWESTNY IZ KURSA LINEJNOJ ALGEBRY.

448

|lementy nelinejnogo analiza w normirowannyh prostranstwah

zAKL@^ITELXNYJ RAZDEL KURSA MOVNO RASSMATRIWATX KAK WOZWRA]E- NIE K EGO NA^ALU W KONTEKSTE NORMIROWANNYH PROSTRANSTW. pO SU]ESTWU RE^X IDETO LOKALXNOM IZU^ENII NELINEJNYH OTOBRAVENIJ POSREDSTWOM OTOBRAVENIJ LINEJNYH. w \TOM SMYSLE \TOT ZAKL@^ITELXNYJ RAZDEL MO- VET SLUVITX OTPRAWNOJ TO^KOJ DLQ NELINEJNOGO FUNKCIONALXNOGO ANA- LIZA, WKL@^A@]EGO W SEBQ, S ODNOJ STORONY, KLASSI^ESKOE WARIACIONNOE IS^ISLENIE, WOSHODQ]EE K TRUDAM |JLERA I lAGRANVA, S DRUGOJ STORONY, \TO | SOWREMENNYE RAZDELY FUNKCIONALXNOGO ANALIZA, INTENSIWNO RAZ- WIWA@]IESQ I DALEKO E]E NE ZAWER[ENNYE• . zDESX MY OGRANI^IMSQ LI[X SAMYMI PERWONA^ALXNYMI SWEDENIQMI.

x256. pROIZWODNAQ fRE[E I E•E SWOJSTWA

1. pUSTX E; F | NORMIROWANNYE PROSTRANSTWA NAD POLEM (= C ILI

R); U( E) | OTKRYTO. oTOBRAVENIE A : U ! F NAZYWAETSQ DIFFE-

RENCIRUEMYM W TO^KE x 2 U , ESLI SU]ESTWUET OGRANI^ENNYJ LINEJNYJ

OPERATOR Lx 2 L(E; F ) TAKOJ, ^TO SPRAWEDLIWO ASIMPTOTI^ESKOE RAWEN-

STWO

 

 

( )

 

A(x + h) , A(x) = Lxh + o(h) (h ! ):

fzDESX, KAK OBY^NO, RAWENSTWO r(h) =

o(h) (h ! ) OZNA^AET, ^TO

h!

kkhkk

g

 

lim

r(h)

= 0, SM. 103.1. oPERATOR Lx

NAZYWAETSQ PROIZWODNOJ fRE-

[E OTOBRAVENIQ A I OBOZNA^AETSQ TAKVE A0(x); Lxh | DIFFERENCIAL fRE[E OTOBRAVENIQ A W TO^KE x.

oTMETIM \LEMENTARNYE SWOJSTWA PROIZWODNOJ fRE[E.

2.eSLI A DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x, TO PROIZWODNAQ fRE[E Lx OPREDELENA ODNOZNA^NO.

3.eSLI OTOBRAVENIE A DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x, TO ONO NEPRE- RYWNO W \TOJ TO^KE.

449

4. eSLI OTOBRAVENIE A POSTOQNNO, TO EGO PROIZWODNAQ fRE[E RAWNA NUL@ (TO ESTX NULEWOMU LINEJNOMU OPERATORU).

IA0(x) = A. 2 L(E; F ), TO A DIFFERENCIRUEMO W KAVDOJ TO^KE x 2 E

6.eSLI A; B : U ! F DIFFERENCIRUEMY W TO^KE x 2 U, TO W \TOJ TO^KE DIFFERENCIRUEMY OTOBRAVENIQ A + B; A ( 2 ), PRI^EM

(A + B )0(x) = A0(x) + B0(x); ( A)0(x) = A0(x):

7. pUSTX E; F; G | NORMIROWANNYE PROSTRANSTWA U ( E); V ( F ) OTKRYTY, A : U ! F DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x 2 U; A(U ) V I B : V ! G DIFFERENCIRUEMO W TO^KE A(x). tOGDA W TO^KE x DIFFEREN- CIRUEMO OTOBRAVENIE B A, PRI^EM (B A)0(x) = B0(A(x))A0(x).

dOKAZATELXSTWO UKAZANNYH UTWERVDENIJ PROWODITSQ PO IZWESTNYM SHEMAM (SM. x75) BEZ KAKIH-LIBO PRINCIPIALXNYH IZMENENIJ. tEM NE ME- NEE, REKOMENDUETSQ PROWESTI \TI DOKAZATELXSTWA W KONTEKSTE uPRAVNE- NIQ 10 (SM. NIVE).

p R I M E R Y. 8. pUSTX f (u; v) | NEPRERYWNAQ FUNKCIQ DWUH PEREMEN- NYH, OBLADA@]AQ NEPRERYWNOJ ^ASTNOJ PROIZWODNOJ fv0 (u; v). iSSLEDUEM

NA DIFFERENCIRUEMOSTX FUNKCIONAL : C [a; b] ! R, ZADANNYJ INTEGRA-

b

LOM (x) = Za f(t; x(t)) dt. iMEEM

(x + h) , (x) = Zabb

[f (t; x(t) + h(t)) , f(t; x(t))] dt

 

 

 

 

 

=

Za

[f0

(t; x(t))h(t) + o(h(t))] dt (h

!

):

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

kROME TOGO, IZ RAWENSTWA

 

 

 

 

!

 

f (t; x(t) + h(t))

,

f(t; x(t)) = f0(t; x(t))h(t) + o(h(t)) (h

)

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

SLEDUET, ^TO OSTATOK o(h(t)) | NEPRERYWNAQ FUNKCIQ I PO\TOMU INTEGRAL

Z bo(h(t))dt KORREKTNO OPREDELEN. pRI \TOM

a

lim

1

 

 

 

bo(h(t))dt

 

lim

b

 

o(h(t))

h(t)

dt

khk

 

Za

 

 

 

jh(t)j

j jkhkj

h!

 

 

h! Zab j

 

 

 

 

 

 

lim

 

jo(h(t))j dt = 0;

 

 

 

 

 

 

 

h! Za

 

jh(t)j

 

 

450