具有周期系数的左定Sturm-Liouville问题的特征值不等式
Inequalities Among Eigenvalues of Left-Definite Sturm-Liouville Problems with Periodic Coefficients
Received: 2019-06-14
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作者简介 About authors
孙龙洁,E-mail:
牛天,E-mail:
该文利用了左定问题与右定问题的联系,得到了具有周期系数的左定Sturm-Liouville问题在区间[a,a+kh]上的周期和半周期特征值的描述,阐明了周期特征值之间的不等式关系,并明确给出了区间[a,a+kh]上的周期、半周期特征值和区间[a,a+h]上特征值的一一对应关系.
关键词:
In this paper, by using the relation between left-definite and right-definite problems, the characterization of the periodic and semi-periodic eigenvalues of left-definite Sturm-Liouville problems with periodic coefficients on the interval[a, a+kh] are obtained. For each k >2 we identify explicitly which of the uncountable number of complex conditions generates these periodic eigenvalues. Based on this condition, we give the inequality relation of periodic eigenvalues on the interval[a, a+kh] and 1-1 correspondence between the periodic and semi-periodic eigenvalues on the interval[a, a+kh], k >1 and the corresponding eigenvalues from the interval[a, a+h].
Keywords:
本文引用格式
孙龙洁, 郝晓玲, 牛天.
Sun Longjie, Hao Xiaoling, Niu Tian.
1 引言
研究如下二阶左定Sturm-Liouville方程
其中系数函数
这里
对于
对任意
其中当
此外, Kong等人在文献[3]中阐明了左定的判定条件,无论边界条件是分离的还是耦合的,方程(1)是左定的当且仅当在同种边界条件下,方程
的最小特征值是正的.为了方便研究左定问题,引入了一个含有两参数的二阶微分方程:
此方程通过“特征曲线”将左定问题与右定问题联系起来,本文对于具有周期系数的左定问题也能转化成同系数的右定问题来分析,其中右定问题参考文献[4-8],周期问题参考文献[9-12]. Kong等人在文献[3]中指出方程(1)与其相应的边界条件组成的Sturm-Liouville问题是左定问题的充要条件为相同边界条件下方程(7)中的
通过左定问题与右定问题的联系,结合具有周期系数的右定问题的特征值情况,本文首先在第2节中确切地描述了关于具有周期系数的左定问题在区间
2 区间$ [a, a+kh] $ 上的周期特征值的描述
对于左定问题,
对于
并令
方程(7)与下面的一阶系统等价:
这里由(3)式可知系数
而文献[1]中
把
引理2.1
其中
(1)若
(2)若
引理2.2
其中
(1)若
(2)若
对
这里
由文献[3,注3.1],方程(1)是左定问题,因此对于任意
定理2.1 对每一个
特别地,对
证 对于
由文献[3,注3.1],方程(1)有周期为
特别地,对于
定理2.1证毕.
在定理
推论2.1 若定理
证 由
无论
推论2.2 若定理
定理2.2 对每一个
特别地,对
证 对于
由文献[3,注3.1],方程(1)有半周期为
特别地,对于
定理2.2证毕.
3 具有周期系数左定问题的特征值不等式及一一对应关系
下面两个定理给出
定理3.1 对任意的
(1)若
因此有
(2)若
因此有
由文献[4]知对任意
由
对于
对于
对于区间
定理3.2 设定理
(1)若
因此有
(2)若
因此有
下面的定理给出了区间
定理3.3 设定理
(1)若
(i)当
(ii)当
(2)若
(i)当
(ii)当
定理3.4 设定理
(1)若
(i)当
(ii)当
(2)若
(i)当
(ii)当
4 例子
例4.1
一一对应关系为:
例4.2
一一对应关系为:
(1)当
(2)当
依次下去,当
例4.3
一一对应关系为:
(1)当
(2)当
(3)当
例4.4
特征值不等式为
一一对应关系为:
(1)当
(2)当
依次下去,当
例4.5
特征值不等式为
一一对应关系为:
(1)当
(2)当
(3)当
参考文献
Eigenvalues of periodic Sturm-Liouville problems
,DOI:10.1016/j.laa.2016.11.035 [本文引用: 3]
Inequalities among eigenvalues of Sturm-Liouville equations with periodic coefficients
,
Left-definite Sturm-Liouville problems
,DOI:10.1006/jdeq.2001.3997 [本文引用: 8]
Asymptotics of eigencurves for second order ordinary differential equations
,DOI:10.1016/0022-0396(90)90107-Z [本文引用: 2]
Eigenvalues for two-parameter Sturm-Liouville equations
,DOI:10.1137/1038002
The first stability interval of the periodic schroedinger equation
,
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