книги / Нерегулярные граничные задачи на плоскости
..pdf$20l ТЁОРЁТИКО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МЕТОД 241
со всеми остальными полюсами элементов матриц D± (z), придем
к разложепиям |
|
D± {z) = D± {z)R± (z), |
(20.53) |
в которых i?* (z) — пепрерывно обратимые на С матрицы с ра
циональными |
элементами, |
a |
D* (z) — регулярные матрицы с |
элементами из |
вблизи |
С. |
подвергнем первые множители в |
Дальнейшей |
факторизации |
формуле (20.53). Пусть z0 — нуль функции det D± (z) порядка т. Разложим общий член ay (z) матрицы JD± (z) в ряд Тейлора с цент ром в точке z0. Наинизшую степень (z — z0) обозначим ay и рас
смотрим числа af |
= min {а у }, / = 1, |
2, . . ., п. Указанные |
разложения можно |
записать -в виде |
|
|
a j(z ) = a 5 ( z - z 0)a* + |
. . . , |
где многоточие, как всегда, означает члены более высокого поряд-
а д ,
ка, а числа ay равны нулю для тех /, для которых а} < ati. Тогда
в |
некоторой |
окрестности |
точки |
z0 имеем |
det £)* (z) = |
|
= |
(z — z0)a, +- |
(0) |
|
. . .]°, |
причем |
+ an< |
+e« [det ||аи || + |
||||||
|
т. Очевидно, что знак |
равенства здесь будет тогда и только |
||||
|
|
о»л. |
Представим затем D |
(z) в виде про |
||
тогда, когда det \\<£}\\ф 0. |
изведения матрицы Z)* (z) на диагональную матрицу с элементами
(0)
(z — z0)a», . . ., (z — z0)an. Если определитель матрицы |ay ||
равеп нулю, то элементарным преобразованием столбцов матрицы
Dx (z) можно добиться того, чтобы в получившейся матрице ука занного разложения по крайней мере одного столбца начинались со степени не ниже единицы. Указанное элементарное преобразо вание столбцов эквивалентно умножению D* (z) справа на не вырожденную матрицу с постоянными элементами. Так появля ется возможность выделить в качестве правого множителя еще одну диагональную матрицу с равным нулю определителем. Этот процесс после конечного числа шагов оборвется, поскольку порядок т нуля z0 конечен. Проводя аналогичные построения в окрестности каждого нуля определителя матриц .D* (z), приходим
к заключению, что |
имеют место разложения |
|
|
S ± (z) = JD ?(z)i?f(z), |
(20.54) |
где D$ (z) — матрицы, определители которых не имеют |
нулей |
|
внутри (^(включая |
бесконечно удаленную точку), а |
(z) — |
242 |
КРАЕВЫЕ ЗАДАЧИ |
[ГЛ. V |
матрицы с полиномиальными элементами, непрерывно обратимые
на С, причем нули определителей матриц D* (z) и R f (z) совпада ют. Подстановка последнего разложения в (20.53) приводит к фор
муле D± (z) = ( Z ) R± (Z ), где i?±(z) = R f (z) R± (z). Получен ные результаты сформулируем в виде утверждения:
Л е м м а 20.10. Предположим, что вдоль простой замкнутой
кривой Ляпунова С задана матрица D (t) вида (20.19), |
причем |
|
D2(t) удовлетворяет условиям (20.22), (20.28) и (20.41), |
a Dx (t), |
|
D3(t) являются невырожденными на С матрицами с непрерывны |
||
ми коэффициентами. Тогда имеет место разложение |
|
|
D (t) = D t (t) R (t) [Do (0Г1 |
(20.55) |
|
со следующими свойствами: |
|
|
а) элементы матриц D* (z), |
(z)]_1 являются голоморфными |
внутри fft (включая бесконечно удаленную точку) функциями, при надлежащими вблизи С классам Ер, Е%, q = pi (р — 1), соответ
ственно; в частности, определители матриц D* (z) не имеют ну лей внутри G- (включая бесконечно удалейшую точку)]
б) если вместо Х± подставить D*, то операторы (20.51) |
бу- |
||||
|
(«) |
(л) |
|
|
|
дут непрерывными впространствахLp(С), |
Lq (С), q — pi (р — 1), |
||||
соответственно; |
|
и непрерывно |
об |
||
в) R (t) = |
R+ (t) [R~ (г)]-1 — непрерывная |
||||
ратимая на С матрица с рациональными коэффициентами. |
|||||
20.13. |
Предположим теперь, что граница С является кривой |
||||
Радона без точек заострения. В условиях |
утверждения |
б) |
лем |
||
мы 20.4 имеет место утверждение леммы 20.7 |
при Rx = |
R2= Е. |
|||
Поскольку для второго включения (20.50) требуется однозначная |
|||||
разрешимость задачи (20.49),.предположим, что наряду с (20.30) |
|||||
выполняется |
также сопряженное условие |
|
|
|
|
|
< i . |
? |
р |
(20.56) |
|
|
р —1 |
||||
Два условия (20.30), (20.56) в силу оценок (20.39), (20.40) явля |
|||||
ются следствием более ограничительного условия |
|
|
|||
|
1 + i*V cc> |
< 1. |
(20.57) |
||
|
|
Очевидно, что в новых предположениях утверждение леммы 20.9 имеет место непосредственно для матрицы Dz (t). Следователь но, справедливо разложение (20.52) при == i?2 = Е, а также все остальные результаты п. 20.12. Таким образом, получаем утверждение:
§ 20] |
ТЕОРЕТИКО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МЕТОД |
243 |
Л е м м а |
20.11. Предположим, что вдоль кривой Радона С без |
|
точек заострения задана матрица D (I) вида (20.19), причем D%(0 |
||
удовлетворяет условиям (20.22), (20.30) и (20.56), a Dx (t), |
D3(t) |
являются невырожденньши на С матрицами с непрерывными ко эффициентами. Тогда имеют место все утверждения леммы 20.10.
20.14. |
Нам осталось сделать |
последний шаг — осуществить |
|||
так называемую |
каноническую факторизацию |
матрицы R (t) с |
|||
рациональными коэффициентами. Будем при этом следовать ра |
|||||
боте [6, а)] (см. также [6, в)], § 6). |
(20.17) с |
матрицей R (i): |
|||
Рассмотрим |
однородную |
задачу |
|||
|
|
ф + (г) = |
R (t) ф~ (г). |
(20.58) |
|
Каждый элемент матрицы Н имеет вид pi} (t)lgu (t), где рц, qtj — |
|||||
многочлены. |
Из |
утверждения |
в) леммы 20.10 |
вытекает, что ни |
|
один из многочленов qi} (t) не обращается в нуль на границе С. |
Следовательно, матрицу В можно представить в виде Р (t)lq (i), где Р (t) — матрица с полиномиальными элементами, a q (t) — вполне определенный многочлен, корни которого не лежат на кри вой С. Представим затем многочлен q (t) в виде q+ (t) q~ (f), где q± (t) — многочлены, корпи которых не лежат внутри областей G* соответственно. Поскольку В (г) — певырожденная па С мат рица, то аналогичными свойствами обладает и полиномиальная матрица Р (t). Как известно (см., например, [19], гл. VI, § 2), всегда можно найти такую диагональную матрицу Q {£) с по линомиальными элементами и такие полиномиальные матрицы A (t), В (t) с постоянными отличными от нуля определителями,
что |
В (t) = |
А (t) Q (t)B (t). |
Если |
ввести |
новые |
неизвестные, |
||
согласно формулам |
q+ (z)A~1(z) Ф+ (z), |
|
|
|||||
|
|
Y+ (z) = |
z (= G+, |
|||||
|
|
Y~ (z) = |
[q~ (z)]"1 В (z) Ф" (z), |
z e |
(Г. |
|||
то |
условие |
(20.58) примет |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
Y + (t) |
= Q (t) Y - |
(t), |
t e |
C. |
(20.59) |
Эта задача эквивалентна n задачам для каждой компоненты VFАку сочно-голоморфного вектора Y (z), поскольку Q(t) — диагональ ная матрица. Соответствующий элемент Qh (z) матрицы Q (z)
представим в виде QH(z) QH(z), где QH (z) — многочлены, не име ющие нулей соответственно внутри областей G±. Тогда решения задачи (20.59) строятся согласно формулам
$ |
(z) = (0, |
. . ., |
0, Y A, 0, |
. . ., 0), k = 1, 2, . . . . п, |
причем |
стоящая |
на |
к-м месте |
кусочно-голоморфная функция |
XFA(Z) равна QH (z) при z s G + и 1/Q% (z) при zeG ~ . Обозначим
244 |
КРАЕВЫЕ ЗАДАЧИ |
ГГЛ. V |
через ¥ |
|
(к) |
(z) матрицу, столбцами которой служат решения ¥ (z), |
||
к = 1, |
2, . . . » и. Если у — произвольный постоянный |
вектор, |
то вектор ¥ (z) у есть снова решение задачи (20.59). Возвращаясь
к |
неизвестным Ф (z), получим вектор D (z) ¥ (z) у, где |
D (z) = |
|
= |
4'(z)/g+ (z) при z £ G +, 5 (z) = |
(z) ZT1 (z) при z e |
<T, удов |
летворяющий условию (20.58) при любом у. Возьмем п векторов
ш |
. . ., |
(л) |
|
|
- |
единичной матрицы Е, |
|
у, |
у, совпадающих, со |
столбцами |
|||||
и |
рассмотрим |
систему решений |
|
|
|
||
|
|
(к) |
^ |
(к) |
к = |
1, 2 , . . . . п, |
(20.60) |
|
|
Ф(г) = D (*) ¥ (z) у. |
|||||
задачи |
(20.58). |
Обозначим |
через |
Ф (z) |
матрицу со |
столбцами |
(к)
Ф (z), к = i, 2, . . ., п. Вспоминая, что определители матриц
Ь (z), ¥ (z) нигде на конечном расстоянии в нуль не обращаются, (приходим к заключению, что det Ф (z) обладает тем же свойством.
Раскладывая в ряд каждое решение (20.60) в окрестности бескопечшЛудаленной точки, получим
где |
а, |
Ь, . . ., |
— постоянные |
векторы. |
Числа х,„ |
к = |
|||||
= 1, |
2, |
. . . . п, |
однозначно |
определяются |
требованием, |
чтобы |
|||||
|
|
|
|
|
(к) |
|
|
|
пуля. Очевидпо, что |
||
соответствующий вектор а был отличеп от |
|||||||||||
x /t = |
min {Щ)}, где x ftJ- |
соответствует в разложении вида (20.61) |
|||||||||
|
1 |
|
вектора |
(ч |
|
Допустим, что |
определитель ПО |
||||
/-й компоненте |
Ф (z ). |
||||||||||
стоянной |
|
ДО |
|
|
нулю, |
и |
обозначим |
через |
|||
матрицы |а, | равен |
|||||||||||
(Ях, Я2, |
. . ., Я„) какое-либо нетривиальное решение однородной |
||||||||||
системы |
(X) |
|
(2) |
|
(Я) |
0, / = |
1, |
2, . . ., п. Пусть |
|||
сДх + |
а{кг + . . . + |
|
а{кп = |
||||||||
I — число, |
удовлетворяющее |
|
условию |
|
|
|
|||||
и пусть |
|
|
%iФ 0, |
Ащ — Xj+a — ... — Яп — о, |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(О Вектор Ф* представляет, очевидно, решение задачи (20.58), одна
ко его порядок X?, как нетрудно убедиться, строго меньше по-
(I) |
( i) |
H) |
рядка щ вектора Ф. Заменим в матрице Ф (z) столбец Ф на Ф*. Оп ределитель получившейся матрицы снова будет отличным от нуля в каждой конечной точке z, поскольку А* Ф 0.
§ 20]. |
ТЕОРЕТИКО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МЕТОД |
245 |
Заметим теперь, что порядки на бесконечности всех возмож ных решений задачи (20.59) ограничены снизу. Это непосредствен
но вытекает из того, что порядок /с-й компоненты \Р* (г) в окрест ности точки z — оо не может быть ниже (—Nh), где Nh — поря
док многочлена Ql (z), к — 1, 2, . . ., п. Аналогичное свойство совокупности всех решений задачи (20.58) вытекает из того, что ее редукция к задаче (20.59) осуществляется при помощи фикси
рованной матрицы D (z), имеющей в окрестности бесконечно уда ленной точки элементы с ограниченными сверху и снизу поряд ками. Отсюда следует, что после конечного числа замен векторов
(О (О
Ф на Ф* можно прийти к такой системе решений, для которой со-
00 ответствующая матрица ||а,-1| имеет отличный от нуля опреде
литель.
Л е м м a 20.12. Пусть вдоль замкнутой кривой С задана не прерывная и непрерывно обратимая матрица Я (t) с рациональ ными коэффициентами, и ni/стъ С — либо кривая Ляпунова, ли бо кривая Радона без точек заострения. Тогда у однородной задачи
(20.58) |
существует |
система решений |
(z), |
к = |
1,2, |
. . ., |
п, |
обладающая двумя |
свойствами: |
(*) |
к, / |
= 1, |
. . ., |
п, |
|
а) определитель матрицы Ф0 (z) = |Ф,- (z) ||, |
|||||||
нигде |
на конечном расстоянии не обращается в нуль; |
|
|
б) если x,t — числа, определенные в окрестности бесконечности U0
разлоэ1сениями вида (20.61), то определитель матрицы ||z k<P; (z)|| отличен от нуля при z = оо.
Система решений однородной задачи вида (20.17), удовлетво ряющая перечислепиым в лемме 20.12 свойствам, называется ка нонической (см. [29], [6, в)]). Таким образом, для граничных задач (20.58) с рациональной матрицей Я (t) каноническая система ре шений строится эффективно.
20.15.Введем в рассмотрение кусочно-голоморфную матрицу
|
№) |
z e G +, |
|
Х ;( г ) = Ф 0(г)=||Ф; (2)|, |
(20.62) |
||
|
|
w |
|
|
|
|
|
Xо (*) = Ф0 (z) U(z) = \z'Wj (z)I, z EE S', |
|
||
где U (z)— диагональная матрица: |
|
|
|
'zXl 0 |
О |
|
|
0 |
zx* |
о |
(20.63) |
C7(z) = |
|
.%п |
|
\0 |
О |
|
246 |
КРАЕВЫЕ -ЗАДАЧИ |
[ГЛ. V |
|
|
Учитывая, что матрица Ф0 (г) удовлетворяет условию (20.58), получаем представление П (t), 0 котором говорилось в начале предыдущего пункта:
R (t) = |
Xt (О U (t) [Х0~ (ОГ1- |
(20.64) |
|||
Сопоставление с (20.55) приводит к формуле |
|
||||
D (0 |
= |
Х + (t) U {t) [X- |
(20.65) |
||
если воспользоваться |
обозначениями |
|
|
||
Х+ (z) = |
Do (z) X Q(z), |
Z €=G+; |
( 20. 66) |
||
X -(Z)=D~0(z) Xo(z), |
z e f i - . |
||||
|
Построим также операторы вида (20.51)
(20.67)
Матрицы (20.62) имеют своими элементами рациональные функции и являются, очевидно, непрерывными и непрерывно обратимыми в замкнутых областях G± + С. Следовательно, в силу первого ут верждения леммы 20.10 имеем включения
X± (Z)(EEE±, |
q = p/(j>— 1); (20.68) |
в частности, определитель матрицы Х± (z) не обращается в пуль ни в одной точке Z-плоскости вне С, включая бесконечно удален ную. Кроме того, из второго утверждения леммы 20.10 вытекает,
(п) |
(п) |
что операторы (20.67) непрерывны в пространствах Lp (С), |
Lq(C), |
q = p/(p — 1), соответственно. Из (20.65) вытекает также |
разло |
жение |
|
D'~1 (t) = [Г + (ОГ1 U-1(t) X'- (t). |
(20.69) |
Отметим, что во всех указанных формулах предполагается, что точка z = 0 лежит внутри области G+. Целые числа xlt к2, . . .
. . ., тсп, входящие в разложение (20.65) через посредство форму лы (20.63), называются частными индексами матрицы D (t) (или соответствующей краевой задачи). Очевидно, что эти числа всегда
можно занумеровать в порядке невозрастания: |
> х2 > ■ . . . > кп. |
|
Разложение (20.65) |
называется каноническим. |
|
Т е о р е м а 20.1. |
1. Пусть вдоль простой замкнутой кривой |
|
Ляпунова С задана матрица D (t) вида (20.19), |
причем матрица |
§ 20] |
'ГЕОРЁТИКО-ФУНКЦИОЙАЛЬНЫЙ МЕТОД |
247 |
Dz (t) удовлетворяет условиям (20.22), (20.28) и (20.41), |
a |
Da (t) являются ^вырожденными на С матрицами с непрерывны ми коэффициентами. Тогда имеет место факторизация матрицы
D (0 |
в виде (20.65), обладающая следующими свойствами: |
|||||||
а) |
матрица U (t) имеет вид (20.63), где щ, к2, . . ., х„ — це |
|||||||
лые числа; |
|
[Х* (z)]-1 регулярны внутри областей G± |
||||||
б) |
матрицы Х± (z), |
|||||||
соответственно и удовлетворяют соотношениям (20.68); |
|
|||||||
в) операторы (20.67) |
определены и ограничены в пространствах |
|||||||
01} |
(П) |
|
|
соответственно. При р = |
2 все |
|||
Ьр (С), Lq (С), q — pi (р — 1), |
||||||||
эти утверждения имеют место |
при |
одном только предположе |
||||||
нии (20.22). |
|
|
|
без точек заострения, Dx (/), |
||||
2. |
|
Пусть С — кривая Радона |
||||||
Da {t) обладают прежними свойствами, а матрица Ъг (t) удовлет |
||||||||
воряет условиям (20.22), |
(20.30) |
и (20.56). Тогда имеют место все |
||||||
утверждения первой части теоремы. |
|
|
|
|||||
20.16. |
Теорема |
20.1 играет решающую роль в анализе задачи |
||||||
(20.17). Рассмотрим |
сначала однородную задачу (g = 0). Поль |
|||||||
зуясь представлением (20.65) и вводя новый неизвестный вектор |
||||||||
Ф? (г) = |
[Х± (г)Г* Ф± (г), г S G*, приходим к однородной задаче |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
(п) . |
|
с матрицей (20.63): Ф1 (t) = U (t) Ф7 (t) в классе Е^ вблизи гра |
||||||||
ницы. Последнее вытекает из второго включения (20.68) и условия |
||||||||
Ф± (z) е |
(п), |
Ф (z) исчезает на бесконечности, то этим же |
||||||
Ер. Если |
||||||||
свойством обладает вектор Фх (z) и наоборот. Предположим, что |
||||||||
Щ> |
х2 > |
. . . > хт> |
0 > хт+1 > . . . > « „ . |
Поскольку |
зада |
|||
ча с матрицей (20.63) распадается на п задач с одной неизвестной, |
||||||||
нетрудно |
получить |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А = 1 ,2 ,.. . . т ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(20.70) |
|
|
|
ф ^ ( г ) = = 0 , |
k = m + 1 , . . . , и , |
|
|
|||
где |
аы — произвольные комплексные числа. |
Пусть А, = |
х1 + |
|||||
+ к* + . . . + xm. |
Занумеруем |
решения, представленные |
фор |
мулами вида(20.70), в произвольном порядке: Ф? (z), . . ., (Ф? (z). Тогда общее решение однородной задачи (20.17) в классе исчезаю-
(20.71)
3=1
248 |
КРАЁВЫЕ ЗАДАЧИ |
[ГЛ. V |
где clt с2, . . сх — произвольные комплексные числа. Вспо миная данное в п. 20.6. определение числа ар (D), получаем фор мулу
ар (D) = %= Xj |
+ х2 + . . . + хи. |
(20.72) |
Рассмотрим однородную сопряженную задачу |
|
|
'1 '+ (г) = |
D''1{t)4T (t) |
(20.73) |
|
|
(п), |
в классе исчезающих на бесконечности функций из Ef. Исполь зуя на этот раз разложение (20.69) и первое включение (20.68),
легко |
приведем |
задачу |
(20.73) |
к виду |
(t) = U-1 (f)4'7 (L), |
где |
(л) = X ,±: (л )^ (л). |
Для |
определения] вектор-функции |
||
Ч^ (л) |
получаем |
формулы |
|
|
|
Т&(л) = 0, |
к = 1, 2 ,...,т , |
|
||
|
~*к |
|
|
|
П с (л) = |
2 |
Л е G+, |
(20.74) |
|
|
)= 1 |
|
|
|
|
А: = т + 1, т + 2 , . . . , и, |
|
||
|
~*к |
А |
|
|
Ч Ь Ю - 2 * И - Т . * s G ' |
|
|
||
|
3=1 |
2 |
|
|
где ак} — произвольные |
комплексные числа. |
Эти формулы |
оп |
|
ределяют ровно р = — (хт+1 + |
. . . + х„) линейно-независимых |
|||
решений задачи 4fJ,= U~ly¥l\ занумеруем эти |
решения |
(л), |
V f (л), . . ., V f (л). Тогда общее решение задачи (20.73) в указан ном классе функций будет иметь вид
|
I» |
/а |
|
|
|
|
(*), « е в |
4, |
(20.75) |
|
1= 1 |
|
|
|
где Сх, Сг, . . ., |
— произвольные |
комплексные |
числа. |
|
Перейдем теперь к рассмотрению неоднородной задачи (20.17) |
||||
|
|
(п) |
|
|
в классе исчезающих на бесконечности функций из Ер, 1 <; р < с». Снова пользуясь разложением (20.65) и введенными выше обозна чениями, приходим к неоднородной задаче Фх (г) = U (t) Фх (t) +
+ gi (0* ГДе Si (0 = |
[Я+ (ОГ1 ё (*)• |
Эта задача распадается на |
п |
отдельных задач |
(г) = t*kФ^ (t) |
+ glh (г), /с = 1, 2, . . ., |
щ |
анализ которых не представляет затруднений. Для значений к = = 1, 2, . . . » т , которым отвечают неотрицательные частные ин дексы xlt х2, . . ., хт , указаппые задачи имеют исчезающее
s 20J ТЕОРЕТИКО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МЕТОД 249
на бесконечности решение при любых значепиях gXh(t) из Ьр (С). Для значений к = тп + 1, m + 2, . . ., п, которым отвечают отрицательные частные индексы хт+1, x m+2, . . . . хП', соответст вующие задачи имеют требуемые решения тогда и только тогда,
когда функции |
glh (t) |
удовлетворяют условиям |
[flgiitffldt = 0, |
i'■= |
0 , 1 , . . . , — щ — 1, к = т + 1 ,...,п . |
j |
|
(20.76) |
Как показывают песложиые вычисления, в этих условиях одно частное решение неоднородной задачи (20.17) всегда может быть
представлено |
в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Ф+ (г) = |
2 |
^ - |
[ i-Z+ |
|
(fo^- dt0, |
ZEEG\ |
|
|
|||||
|
|
|
|
i |
|
* |
|
|
|
|
|
(20.77) |
||
|
ф - ( 2 ) = |
|
|
|
[ |
A |
^ |
l ^ |
L |
dt0f |
Z(= G~. |
|
||
Умножая равенства (20.76) |
на числа ahi, сумлшруя их и вспоми |
|||||||||||||
ная |
обозначения (20.74), |
приходим к |
выводу, |
что |
интегралы |
|||||||||
от произведений вектора-столбца |
gx (t) |
на |
решения |
(}),+ |
/ = |
|||||||||
, |
||||||||||||||
= 1, |
2, . . ., |
[А, записанные в виде строчек, |
равны нулю. Кроме |
|||||||||||
того, |
4ri+g1= |
|
T i+ {Х+Г1# = g' [Х +Г1\РJ. Следовательно, в |
силу |
||||||||||
обозначений (20.75) |
условия (20.76) записываются в |
виде |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
^ g’ (l)'Yt(t)dt = |
0, |
|
|
|
(20.78) |
||||
гДе 'Р* (z) — общее |
решение задачи (20.73), |
представленное фор |
||||||||||||
мулой (20.75). |
Вспоминая |
определение |
числа |3Р (В), |
данное в |
||||||||||
п. 20.6, получаем также формулу |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
рр (П) = |
|г = |
- |
(хт+1 + |
. . . + хп). |
(20.79) |
|||||||
Т е о р е м а |
20.2. |
Пусть |
матрица D (t) |
имеет вид (20.19)» |
||||||||||
причем Вх (t), Da (t) |
являются невырожденными на С матрицами с |
непрерывными коэффициентами, а матрица Dz (t) удовлетворяет условиям(20.22), (20.28) и(20.41) вслучае кривойЛяпунова иусловиям (20.22), (20.30) и (20.56) — в случае кривой Радона без точек заост рения. Тогда числа ар (В), (Зр (В) конечны и имеют места форму лы(20.72), (20.79). Обгцее решение однородной задачи (20.17)'(g = 0)
tMj.
в классе исчезающих на бесконечности функций из ЕР имеет вид (20.71), (20.70). Для того чтобы в том же классе была разрешима 'неоднородная задача (20.17), необходимо и достаточно, чтобы
250 |
КРАЕВЫЕ ЗАДАЧИ |
1ГЛ. V |
свободный член g (t) е |
Lv (С) удовлетворял |
условию (20.78), где |
■qrjk (z) _ общее решение (20.75) однородной |
сопряженной задачи |
(20.73) в классе исчезающих па бесконечности функций из Ef. Одно частное решение неоднородной задачи имеет вид (20.77).
20.17.Матрица D (t) удовлетворяет условиям теоремы 20.1 од
новременно 'с матрицей t~rD (t) при любом целом г. Из разложе ния (20.65)тлегко получить аналогичное разложение для t~TD (t),
откуда следует, что частными индексами новой |
матрицы |
будут |
|
числа хх — г, х2 — г, . . ., х„ — г. |
Поскольку |
числа |
ар (D), |
РР (Доопределены инвариантно (см. |
п. 20.6), |
из формул вида |
(20.72)," (20.79) вытекает, что сумма всех неотрицательных и сум ма всех отрицательных частных индексов не зависит от способа приведения матрицы D (t) к виду (20.65). Применительно к мат рице r'D (t) получаем, что суммы
М*-'Я)= 2 (* 1 — Г), МГВ)= 2 (г-н,) (20.80)
Xj>r Xt<r
при любом целом г не зависят от способа приведения матрицы
D (t) к виду |
(20.65). |
|
|
|
приведения |
Предположим, что при некотором другом способе |
|||||
D к виду (20.65) мы получим другую систему частных индексов |
|||||
Hi, 5*2, ••., Нп. Пусть |
Hj = Х2 = . . . = |
Hj > |
х г+1 > |
. . . , хх = |
|
= х2 = . . . = |
% > нв+1 |
> . . . Полагая г = |
Xj и пользуясь ин |
||
вариантностью |
первой |
суммы (20.80), |
имеем 0 = |
2 ( Ki ~ r)* |
|
Отсюда следует, что xt < г, в частности, |
< |
|
*i>r |
||
г = х,. Из сообра |
жений симметрии следует, что щ = х2. Предположим затем, что $ I, и пусть г = Xj+i- Из того же равенства получаем I (хх —
— г) + . . . = s (хх — г), где многоточие заменяет неотрицатель ные слагаемые. Поскольку это невозможно в силу неравенства Xj — г = хв — хт > 0, имеем I s. Аналогично устанавливает ся и обратное неравенство, следовательно, I = s. Повторяя эти рассуждения, приходим к выводу, что все частные индексы мат рицы D не зависят от способа приведения ее к каноническому виду (20.65). Кроме того, заметим, что эти частные индексы зависят, очевидно, от числа р и точнее их следовало бы обозначать x itP (D).
В соответствии с общепринятой терминологией индексом зада
чи (20.17) назовем число |
|
*Р(С) = о,(В ) - М В ) = 2 ч » (В). |
(20.81) |
1=1 |
|
Остановимся на вопросе, касающемся способов пепосредствепвогр вычисления числа (20.81). С этой целью рассмотрим однопд-