Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка Чан Тхи Ким Тьи 0

Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка
<
Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Чан Тхи Ким Тьи 0. Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка : ил РГБ ОД 61:85-1/2493

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Построение асимптотического решения квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка с постоянными параметрами 14

1. Асимптотическое решение автономного уравнения . 14

2. Асимптотическое решение неавтономного уравнения в нерезонансном случае 31

3. Резонансный случай 35

ГЛАВА II. Квазилинейные дифференциальные уравнения произвольного порядка с мвдленно мешющймися параметрами 51

1. Автономное уравнение 51

2. Неавтономное уравнение 65

ГЛАВА III. Квазилинейные дифференциальные уравнения третьего порядка с запаз.эдванием 80

1. Автономное уравнение 80

2. Неавтономное уравнение в нерезонансном случае . 85

3. Резонансный случай 89

Литература

Введение к работе

В настоящее время в биологии, теории управляемых систем, радиотехнике и особенно в динамических упругих системах с учетом реальных свойств материала часто приходится иметь дело с такими колебательными процессами, которые описываются нелинейными дифференциальными уравнениями высокого порядка.

Простым примером колебательной системы третьего порядка является тело с массой m , закрепленное на консольной балке, которая изготовлена из вязко-упругого материала типа іука-Максве-ла. Условная схема системы изображена на рис, I. Уравнения движения указанной системы имеют вид тх +сх + ^ (сс-н) = F > Ui-u) + кг. ^о ., где т - масса, у\ - коэффициент вязкости, К и с - жесткости, f= - внешняя сила. Смысл величин х и z показан на рис.1, инерция демпфера не учитывается.

Исключая переменную 2 , получим дифференциальное уравнение третьего порядка

С * л2> г ^2. Л і ' if - l==-V і Л=8ї?г (0.1)

//////////'/////

Рис. I

В* биологии при изучении таких важных явлений, как дифферен-цировка ткани или изоляции видов, необходимо изучение бифуркации стационарной точки. В некоторых случаях требуется изучение окрестности сложных особых точек, которые тесно связаны с дифференциальным уравнением вида [7]

ОС +С02Х = ef(octCj6S) (0.2)

Некоторые управляемые системы такке описываются дифференциальным уравнением третьего порядка [25] XtX+ (J-X2)X + X =0 ; (0.3) в котором нелинейность обуславливается центральной восстанавливающей силой. Здесь периодические решения уравнения (0.3) представляются с помощью метода возмущений в виде гармонических функций.

Работы [II,12,13] посвящены исследованию дифференциальных уравнений типа (0.4) бс+ах + Ьх+х + (iffr)= cos cot;

Нелинейная функция (*-) представляется в виде разложения по ультрасферическим полиномам, в котором удерживается линейный член. Здесь рассмотрена зависимость амплитуды от частоты о> вы нужденных колебаний [31,33] и устойчивость системы в случае /(*)= я* f34] .

В работе Осинского 3. и Бояджеева Г. [28] асимптотический метод, разработанный Митропольским Ю.А., применен для построения решений уравнения типа

Лс <* +аа^+„,*мх=еАсфА^, г) , (0.5) где Т= t - медленно меняющееся время. Решение этого уравнения найдено в форме І.= |СОа + А,а,а)+Ег... .

4=?W + ac,№W + *... . (o_6)

Мартынюк Д.И. и Форчук В.й. [ 9] рассмотрели периодические решения дифференциального уравнения и -го порядка с запаздыванием типа ^^effrxVMt-Vy-.M"'^,^-'*)^) , (0.7) где - малый параїлетр, функция -f периодическая по t с периодом яте и аналитическая по остальным переменным в области ..-;|x("-'VL T » R , f* -Некоторые ПОЛОЖИТеЛЬНЫе ДОСТОЯННЫе, г#) = x(-t-t)

Авторы показали, что заменой переменных уравнение (0.7) можно привести к системе уравнений стандартного вида. Для исследования периодических решений такой системы можно использовать затем метод усреднения Боголюбова и Митропольокого, но при таком приведении решения уравнения (0.7) зависят от дробных степеней б и исследование периодических решений затрудняется. Поэтому желательно построить алгоритм, позволяющий находить периодические решения уравнения (0.7), содержащие только целые степени ё Изложенный в [3] алгоритм для обыкновенных дифференциальных уравнений п -го порядка помог достичь этой цели.

Периодические решения уравнения (0.7), содержащие только целые степени t , строятся на основе следующей теоремы.

Теорема 9 . Для любого положительного Ь < R существует Bi >о такое, что для каждой постоянной а , удовлетворяющей условию|а/<Ь»и каждого ЄЄІ-Е^Ві] существует единственная функция = Z ft>'(*,) , аналитическая по a. , е и удовлет- воряющая соотношению (0.8) где I - тождественный оператор, Р - оператор усреднения. Функцию ZW можно получить методом последовательных приближений по формуле

Если существует о<2<, и аналитическая функция асе) такие, что /a()|z (0.10) то Z(-tj4() )t) является периодическим решением уравнения (0.7) и, обратно, если уравнение (0.7) имеет периодические решение

Исследование нелинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка можно найти также в некоторых других статьях, например, в [6,8,26,27,29,30,32] . В этих работах авторн иополь-зовали различные методы отыскания решений нелинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка в конкретных случаях.

Предлагаемая работа посвящена применению асимптотического метода, разработанного Крыловым - Боголюбовым - Митропольским [і,6,12,15,16] , к исследованию квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка с постоянными параметрами, с медленно меняющимися параметрами, и с запаздыванием. При этом основное внимание уделено построению семейства периодических решений указанных уравнений. Эти решения в ряде важных случаев обладают свойством сильной устойчивости, заключающимся в том, что любое решение при начальных значениях, близких к начальным значениям этих решений, стремится к последним при 8->о

Построение приближенных решений указанных уравнений с помощью асимптотического метода имеет ряд преимуществ. Во-первых, наряду с исследованием стационарных решений этот метод дает возможность изучать переходные процессы, близкие к стационарным, как в системах с постоянными параметрами, так и в системах с медленно изменяющимися параметрами ГIIД2] . Во-вторых, исследование устойчивости стационарных решений очень просто, так как в первом приближении оно приводит к изучению устойчивости линейных систем с постоянными коэффициентами.

Работа состоит из введения и трех глав.

Первая глава посвящена изложению асимптотического метода построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка с постоянными параметрами. В первом параграфе исследуется автономное уравнение вида (N) (N-0 - (И-І) х +о^ +...+o(N_1x+o<Na = |=(»,xJ...,al ,), (о.П) где xl4=-~-JE , о( ,..., <х -вещественные постоянные, 8 - малый параметр, функция F имеет достаточное число производных по всем ее аргументам. С помощью асимптотического метода для уравнения (0.11) построено семейство частных двухпараметричес-ких периодических решений как в одночастотном режиме, когда характеристическое уравнение имеет одну пару чисто мнимых корней, так и в многочастотном режиме, когда характеристическое уравнение имеет не одну, а несколько пар чисто мнимых корней и нет внутренних резонансов. В случае линейной системы многочастотные решения при наличии нескольких пар чисто мнимых корней характеристического уравнения получаются на основании принципа суперпозиции как линейная комбинация одночастотных решений. В случае квазилинейной системы принцип суперпозиции не имеет места, и мы не можем из одночастотных решений получить многочастотные. В этом случае многочастотное решение необходимо искать непосредственно.

Во втором параграфе рассматривается неавтономное уравнение ^«^і..^^***'*'-"'^--"**)) (0,12)

ЛЯЄТСЯ ПерИОДИЧеСКОЙ ПО ПеремеННЫМ 1 , . .. , &f С ПерИОДОМ 271 для нерезонансного случая, когда между корнями характеристического уравнения и частотами У; не существуют соотношения типа ^- + ^+^+- + ^^ = ) (0ЛЗ) ( т=^А,гґ--^ } m , f>M - целые числа).

В нерезонансном случае построение приближенных решений с помощью асимптотического метода аналогично автономному случаю. Отличие будет лишь в том, что приближенные решения содержат еще и б», , ...» єу *

В третьем параграфе исследуется неавтономное уравнение (0.12) в резонансном случае. Здесь рассматриваются как простой, так и комбинационный резонанси. При простом резонансе внешняя сила является одночастотной (У) и резонирует лишь с одной из собственных частот ( -& ): Jl=J^Y (0.14) где <] , небольшие целые числа. Комбинационный резонанс имеет место, когда выполняются равенства (0.13). Этот случай включает в себя овозможность внутренних резонансов вида (0.15) где fM-eonrt ( і =1,2,..., г ), функция Р яв-

В первой главе также излагаются в сжатой форме необходимые сведения из теории устойчивости стационарных решений системы уравнений для амплитуд и фаз, которые используются при изучении конкретных задач.

Вторая глава посвящена исследованию дифференциальных уравнений произвольного порядка с медленно меняющимися параметрами, В первом параграфе рассматривается автономное уравнение типа

Д«|/в+..Л Ю*+«ус)х . CFtt,*.*,..,**"! «)', (0Л6) где Твб-fc - медленное время.

Сначала изучается случай одночастотного решения этого уравнения, когда при некотором фиксированном значении -т характеристическое уравнение имеет пару простых чисто мнимых корней, а остальные корни имеют достаточно большую по величине отрицательную вещественную часть. Может случиться, что характеристическое уравнение не имеет чисто мнимых корней, но имеет корни с достаточно малой вещественной частью. Тогда в силу непрерывной зависимости корней уравнения от его коэффициентов мы можем изменить параметры уравнения (0.16) так, чтобы характеристическое уравнение имело чисто мнимые корни. Соответствующие поправочные члены относим к нелинейным членам уравнения (0.16).

В конце первого параграфа данной главы исследуется многочастотное решение уравнения (0.16), когда характеристическое уравнение имеет не одну, а несколько пар чисто мнимых корней, но при условии, что отсутствует внутренний резонанс.

Во втором параграфе рассматривается неавтономное дифференциальное уравнение с медленно меняющимися параметрами* Вначале исследуется одночастотное решение уравнения вида - II -

Л^(т)х(^+... + «н_(Т)х+^(с)х = Р(т,х,х;...^ы"1)50,) ; (0.17) для простого резонансного случая, когда частота s>(r) = ^ на-ходится в следущемм отношении с характеристическим корнем: ii(T) = -^vcc)+6-(r)J (0.18) где cj , р - небольшие целые числа. Второй параграф заканчивается исследованием многочастотных решений неавтономного дифференциального уравнения с медленно менящимися параметрами вида оЛ ч,Ю *(ЛМ + + *Н_\Ъ +X)* = F(t,x,K,...; г^^г..;бг;)j (0.19) здесь правая часть содержит г угловых переменных ei ,..., ег Предполагается, что в рассматриваемом промежутке изменения % выполняются условия резонансов %т^[г)+ "-^С^^^-^^Л^ =0 (0*20> ( т- і,г,...,? ) r^e ^т » Ьт - небольшие целые числа, некоторые из них могут быть и нулями* Условия (0.20) включают в себя все возможные ре- зонансы.

Следует заметить, что построение высоких приближений решения по предложенноілу асимптотическому методу не представляет принципиальных затруднений. Однако в практике уже первых двух, а часто и одного первого или первого улучшенного приближения бывает вполне достаточно.

В третьей главе рассматривается квазилинейное дифференциальное уравнение третьего порядка с запаздыванием.

В первом параграфе дается способ построения приближенных решений для автономного уравнения вида № \d# z dt 5 ' di*- '* dt '3 * «**' " ** (0.21)

ГДЄ V . <*g , o<3 , |5(f , fa , |35 , Л - ПОСТОЯННЫе, - МЭЛЫЙ параметр, при предположении, что харшстеристическое уравнение имеет пару чисто мнимых корней Ту = ±iii и остальные корни имеют достаточно большую по величине отрицательную вещественную часть.

Во втором параграфе рассматривается неавтономное уравнение в нерезонансном случае, когда функцияр, стоящая в правой части уравнения (0.21), имеет вид р = е(дШ, <**«:) ,d%^ ,gft-A) dacCt-Д) d2ocft-A) я . }

Нерезонансность заключается в отсутствии соотношений типа ,рл+^=о , cj , - целые числа.

Влияние внешнего возбуждения 0 в данном случае выражается в том, что решение уравнения будет содежать о - ІЗ -

В третьем параграфе асимптотические разложения строятся в резонансном случае, когда выполняется следующее соотношение

Л =±V+6" здесь ф , с\ - некоторые взаимно простые числа, определяющие вид резонанса, <г - расстройка частот. Устойчивость стационарных решений исследуется с помощью критерия Рауса-Гурвица.

В настоящей работе эффективность асимптотического метода для решения дифференциальных уравнений произвольного порядка демонстрируется на конкретных примерах, связанных с различными практическими задачами.

Как было отмечено в [ІД2] практическая применимость асимптотического метода определяется не свойствами сходимости указанных рядов при увеличении до бесконечности числа членов разложения, а их асимптотическими свойствами для m первых членов и ->о . Поэтому здесь мы не будем изучать проблему сходимости при w -» оо и условимся рассматривать представленные разложения как формальные, необходимые для построения астштотичеоких приближений.

Основные результаты настоящей работы опубликованы в статьях [17,18,21-24,35] .

Асимптотическое решение неавтономного уравнения в нерезонансном случае

В третьем параграфе исследуется неавтономное уравнение (0.12) в резонансном случае. Здесь рассматриваются как простой, так и комбинационный резонанси. При простом резонансе внешняя сила является одночастотной (У) и резонирует лишь с одной из собственных частот небольшие целые числа. Комбинационный резонанс имеет место, когда выполняются равенства (0.13). Этот случай включает в себя овозможность внутренних резонансов вида (где fM-eonrt ( і =1,2,..., г ), функция Р яв

В первой главе также излагаются в сжатой форме необходимые сведения из теории устойчивости стационарных решений системы уравнений для амплитуд и фаз, которые используются при изучении конкретных задач.

Вторая глава посвящена исследованию дифференциальных уравнений произвольного порядка с медленно меняющимися параметрами, В первом параграфе рассматривается автономное уравнение типа

Сначала изучается случай одночастотного решения этого уравнения, когда при некотором фиксированном значении -т характеристическое уравнение имеет пару простых чисто мнимых корней, а остальные корни имеют достаточно большую по величине отрицательную вещественную часть. Может случиться, что характеристическое уравнение не имеет чисто мнимых корней, но имеет корни с достаточно малой вещественной частью. Тогда в силу непрерывной зависимости корней уравнения от его коэффициентов мы можем изменить параметры уравнения (0.16) так, чтобы характеристическое уравнение имело чисто мнимые корни. Соответствующие поправочные члены относим к нелинейным членам уравнения (0.16).

В конце первого параграфа данной главы исследуется многочастотное решение уравнения (0.16), когда характеристическое уравнение имеет не одну, а несколько пар чисто мнимых корней, но при условии, что отсутствует внутренний резонанс.

Во втором параграфе рассматривается неавтономное дифференциальное уравнение с медленно меняющимися параметрами Вначале исследуется одночастотное решение уравнения вида для простого резонансного случая, когда частота s (r) = на-ходится в следущемм отношении с характеристическим корнем: где cj , р - небольшие целые числа. Второй параграф заканчивается исследованием многочастотных решений неавтономного дифференциального уравнения с медленно менящимися параметрами вида здесь правая часть содержит г угловых переменных ei ,..., ег Предполагается, что в рассматриваемом промежутке изменения % выполняются условия резонансов r e т » Ьт - небольшие целые числа, некоторые из них могут быть и нулями Условия (0.20) включают в себя все возможные ре зонансы.

Следует заметить, что построение высоких приближений решения по предложенноілу асимптотическому методу не представляет принципиальных затруднений. Однако в практике уже первых двух, а часто и одного первого или первого улучшенного приближения бывает вполне достаточно.

Резонансный случай

Если все собственные значения матрицы имеют отрицательные вещественные части, то стационарное решение «о=К»-) ogo) системы Уравнений (І.4І) асимптотически устойчиво. Если хотя бы одно собственное значение матрицы ф имело положительную вещественную часть, то стационарное решение QQ неустойчиво. Для решения вопроса об устойчивости стационарного решения в критическом случае, когда матрица ф не имеет собственных значений с положительными вещественными частями, но имеет собственные значения с нулевыми вещественными частями, необходимо рассматривать уравнения возмущенного движения с учетом членов более высоких степеней.

На основе критерия устойчивости мы приходигл к выводу, что стационарные амплитуды (I.5I)j, (I.5I)2, (I.5I)3 - неустойчивы, они имеют тип седла, и что стационарная амплитуда (1.51) устойчива, она имеет тип фокуса [19] . Фазовый портрет имеет вид, показанный на рис. 2.

В отличие от предыдущего параграфа здесь между величиной У= и корнями характеристического уравнения (1.3) существует опре деленное соотношение. Рассмотрим сначала простейший случай, когда характеристическое уравнение имеет одну пару чисто мнимых корней =±іл , а его остальные корни имеют отрицательную вещественную часть с достаточно большими абсолютными значениями и резонансное соотношение имеет вид периодические функции с периодом 2ТГ по обеим угловым переменным и в , не содержат первых гармоник cos Ф , sw$ . Величины а и У -некоторые функции времени, которые мы должны определить из соответствующих дифференциальных уравнений. Так как разность фаз при резонансе может оказать существенное влияние на изменение амплитуды и частоты, то в отличие от ранее рассматривавшихся случаев будем представлять .—- и —— как функции не только а , но и Ф . Поэтому для определения о и у составляем следующую систему

Таким образом, нам нужно определить функции A; (a jty) , $(а,ц ) . Как и раньше, подставляем выражения (1.68), (1.70) в уравнение (1.66) с учетом

Рассмотрим квазилинейное "автономное" дифференциальное уравнение высокого порядка с медленно меняющимися параметрами вида где отсутствуют члены, зависящие явно от времени t , te [о,т] Т - конечное значение, - малый положительный параметр, T=t - медленное время, указывающее на то, что параметры уравнения (2.1) изменяются медленно, т.е. их производные по независимой переменной "t пропорциональны малому параметру Переходя к построению асимптотического приближенного решения уравнения (2.1), предположим, что для любых коэффициенты о (Х) ( і =1,2,..., N ) и функция Ffa / /-у їг) имеют достаточное число производных по всем их аргументам. Допустим также, что характеристическое уравнение имеет для некоторого постоянного значения] одну пару чисто мнимых корней, а остальные корни имеют отрицательную вещественную часть с достаточно большой абсолютной величиной. Более общий случай будет изучен позже.

Одновременно с уравнением (2.1) рассмотрим еще уравнение где параметр т рассматривается как постоянная величина и, следовательно, коэффициенты { ) - постоянные. Уравнение (2.3) мы получаем, положив в уравнении (2.1) В =0и считая С некоторым постоянным параметром. Уравнение (2.3) мы будем называть вырожденным уравнением, соответствующим уравнению (2.1). Уравнение (2.3) имеет семейство частных периодических решений, зависящих от двух параметров oc = acos p ; (2.4)

Наличие нелинейного возмущения ( Є 0), а также медленного изменения ряда параметров приводит к появлению в решении уравнения (2.1) ряда дополнительных явлений по сравнению с получаемыми по формуле (2.4). Мы будем искать решение уравнения (2.1) в виде разложения в котором являются периодическими функциями переменной р с периодом ETC , ограниченными для конечных значений а , а величины о, и р , как функции времени, определяются следующими дифференциальншли уравнениями

Переходим теперь к нахождению неизвестных функций UL(T;a,cp), A-CCjO) » B-(TjQ) . При этом требуем, чтобы в выражениях Ц(т,а,(р; отсутствовали первые гармоники cosf и s mcp Это требование, как известно [l,2] , обеспечивает однозначность функций

Неавтономное уравнение

Исследуем теперь квазилинейное неавтономное дифференциальное уравнение высокого порядка с медленно менявшимися параметрами типа функция, перио дическая по переменной с периодом Zii , которая может быть представлена в виде

Коэффициенты Fh являются полиномами Допустим, что коэффициенты Х;(т) уравнения (2.37), а также р (г х,..., xM,в) и тКт) имеют достаточное число производных по т . Предположим еще, что характеристическое уравнение (2.2) для некоторого значения Te[o»L] имеет одну пару чисто мнимых корней \= ± і ЛСГ) 9 а остальные корни имеют отрицательную вещественную часть с достаточно большой абсолютной величиной.

Мы будем рассматривать резонансный случай, когда существует следующее отношение между тХг) и п(х) : где \ и р - некоторые целые взаимно простые числа. Аналогично случаю неавтономного уравнения с постоянными коэффициентами мы будем искать частное двухпараметрическое решение уравнения (в виде асимптотического ряда являются периодическими функциями с периодом 27г относительно переменных в не содеркат первых гармоник cos$ , sw# . Величины а и V как фунудии времени определяются из уравнений

Для нахождения неизвестных функций ц-(і,о, Ф,&) , Af (Т,а,V) , В аіЧО подставляем выражения (2.40) в (2.37), згчитывая при этом формулу для х Предположим, что коэффициенты о .ф уравнения (2.53), а также тлеют достаточное число производных для всех т , принадлежащих интервалу CO,L] и что характеристическое уравнение (2.2) для некоторого постоянного значения TeCo,L3 имеет і пар чисто мнимых корней Л= ±LI2SCT) , s = а остальные корни имеют отрицательную вещественную часть с достаточно большой абсолютной величиной. Кроме того предположим, что существуют следующие соотношения между л5(г) и Vseo вида

Нелинейные дифференциальные уравнения второго порядка с запаздыванием изучены достаточно полно. Теория таких уравнений излагается во многих работах [4,5,10,13,14,20] . Однако до настоящего времени нелинейные уравнения более высокого порядка с запаздыванием рассмотрены только в некоторых особенных случаях, например, в работах [8,9] . В этой главе рассматриваются квазилинейные дифференциальные уравнения третьего порядка с запаздыванием, к исследованию которых приводят механические задачи с учетом наследственности материала, а также другие физические и биологические задачи.

Допустим, что характеристическое уравнение для уравнения (3.2) имеет пару чисто мнимых простых корней Л = ± і Л , а остальные корни имеют достаточно большую по величіше отрицательную вещественную часть/Легко проверить, что число _а удовлетворяет следующим уравнениям

В данном случае порождающее уравнение (3.2) имеет семейство частных периодических решений, зависящих от двух произвольных параметров: где a , v - постоянные.

Рассмотрим теперь следующую задачу. Построить асимптотические формулы для частного решения исходного дифференциального уравнения (3.1), которое при малых близко к решению (3.5) порождающего уравнения (3.2).

Мы будем искать указанное решение в виде Здесь p(t) = л + Ц , а функции Ц(а,ср) , иг(а,ср) ,... являются периодическими с периодом 271 по Ф . Величины а и f как функции времени должны быть определены из системы уравнений

Задача сводится к определению выражений для неизвестных функций и интегрированию системы уравнений (3.7). Для однозначного определения функций (3.8) требуем, чтобы в выражениях для ЦСад) , отсутствовали первые гармоники утла 9 : cos p si ncp . Подставляя в уравнение (3.1) выражение для функции xft) и ее производные, вычисленные с учетом уравнений (3.7), раскладывая затем обе части полученного равенства в степенной ряд по 6 и приравнивая коэффициенты, получим следующие уравнения

Неавтономное уравнение в нерезонансном случае

Авторы показали, что заменой переменных уравнение (0.7) можно привести к системе уравнений стандартного вида. Для исследования периодических решений такой системы можно использовать затем метод усреднения Боголюбова и Митропольокого, но при таком приведении решения уравнения (0.7) зависят от дробных степеней б и исследование периодических решений затрудняется. Поэтому желательно построить алгоритм, позволяющий находить периодические решения уравнения (0.7), содержащие только целые степени ё Изложенный в [3] алгоритм для обыкновенных дифференциальных уравнений п -го порядка помог достичь этой цели.

Периодические решения уравнения (0.7), содержащие только целые степени t , строятся на основе следующей теоремы.

Для любого положительного Ь R существует Bi о такое, что для каждой постоянной а , удовлетворяющей условиюа и каждого существует единственная функция = Z ft ( ,) , аналитическая по a. , е и удовлет воряющая соотношению где I - тождественный оператор, Р - оператор усреднения. Функцию ZW можно получить методом последовательных приближений по формуле

Если существует о и аналитическая функция асе) такие, что является периодическим решением уравнения (0.7) и, обратно, если уравнение (0.7) имеет периодические решение выражением (0.10).

Исследование нелинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка можно найти также в некоторых других статьях, например, в [6,8,26,27,29,30,32] . В этих работах авторн иополь-зовали различные методы отыскания решений нелинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка в конкретных случаях.

Предлагаемая работа посвящена применению асимптотического метода, разработанного Крыловым - Боголюбовым - Митропольским [і,6,12,15,16] , к исследованию квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка с постоянными параметрами, с медленно меняющимися параметрами, и с запаздыванием. При этом основное внимание уделено построению семейства периодических решений указанных уравнений. Эти решения в ряде важных случаев обладают свойством сильной устойчивости, заключающимся в том, что любое решение при начальных значениях, близких к начальным значениям этих решений, стремится к последним при 8- о

Построение приближенных решений указанных уравнений с помощью асимптотического метода имеет ряд преимуществ. Во-первых, наряду с исследованием стационарных решений этот метод дает возможность изучать переходные процессы, близкие к стационарным, как в системах с постоянными параметрами, так и в системах с медленно изменяющимися параметрами ГIIД2] . Во-вторых, исследование устойчивости стационарных решений очень просто, так как в первом приближении оно приводит к изучению устойчивости линейных систем с постоянными коэффициентами.

Работа состоит из введения и трех глав.

Первая глава посвящена изложению асимптотического метода построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка с постоянными параметрами. В первом параграфе исследуется автономное уравнение вида вещественные постоянные, 8 малый параметр, функция F имеет достаточное число производных по всем ее аргументам. С помощью асимптотического метода для уравнения (0.11) построено семейство частных двухпараметричес-ких периодических решений как в одночастотном режиме, когда характеристическое уравнение имеет одну пару чисто мнимых корней, так и в многочастотном режиме, когда характеристическое уравнение имеет не одну, а несколько пар чисто мнимых корней и нет внутренних резонансов. В случае линейной системы многочастотные решения при наличии нескольких пар чисто мнимых корней характеристического уравнения получаются на основании принципа суперпозиции как линейная комбинация одночастотных решений. В случае квазилинейной системы принцип суперпозиции не имеет места, и мы не можем из одночастотных решений получить многочастотные. В этом случае многочастотное решение необходимо искать непосредственно.

Похожие диссертации на Асимптотические методы построения решений квазилинейных дифференциальных уравнений произвольного порядка