$n$-维分段光滑微分系统的周期轨分支
Bifurcation of Periodic Orbits of an n-Dimensional Piecewise Smooth Differential System
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收稿日期: 2018-11-9
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Received: 2018-11-9
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研究了 其中
关键词:
In this paper, we study the following where
Keywords:
本文引用格式
杨纪华, 张二丽.
Yang Jihua, Zhang Erli.
1 引言及主要结果
由于分段光滑微分系统在实际中有着广泛而重要的应用,它们周期轨(二维微分系统称为极限环,所谓极限环是指系统的一条孤立的周期轨)的个数受到学者们的普遍关注.目前,关于二维分段光滑微分系统的极限环分支的研究文献较多,见文献[1-5].据我们所知,相关的研究方法主要有两种:由韩茂安等建立的Melnikov函数法[1, 6]和由Llibre等建立的平均法[7].但是,文献[7]没有给出极限环个数的上界估计.韩茂安在文献[8]给出了相应的上界估计法.最近,杨纪华和赵丽琴把Picard-Fuchs方程法推广到二维分段光滑微分系统的极限环分支研究中[9].但是,高维分段光滑微分系统的周期轨分支的研究相对较少,而且主要研究方法是平均法,见文献[10-12]. 2017年,田焕欢和韩茂安给出高维分段光滑可积微分系统的一阶Melnikov向量函数公式[13].该公式可以用来研究高维分段光滑微分系统的周期轨的个数.
本文主要应用文献[13]中给出的一阶Melnikov向量函数公式研究如下
其中
当
定理1.1 用一阶Melnikov向量函数,当
注1.1 当
2 预备知识
本小节主要介绍田焕欢和韩茂安在文献[13]中给出的下面
其中
其中
对系统(2.2)做如下假设
(H1) 设
和
是两条具有公共端点
(H2) 曲线
定理2.1[13] 假设系统(2.1)满足(H1)–(H2).则系统(2.1)的一阶Melnikov向量函数公式为
其中
并且,如果对某个
接着,作者又给出了计算公式(2.3)中
引理2.1[13] 记
则
引理2.2[13] 假设系统(2.1)满足(H1)–(H2)且
下面的引理是韩茂安在文献[14]中给出的,该引理可以估计实系数多项式方程组的根的个数的上界.
引理2.3[14] 设
3 Melnikov向量函数$ M(h) $ 的计算和定理1.1的证明
本节首先计算系统(1.1)的一阶Melnikov向量函数
所以
的周期轨,其中
由于(3.1)式中的
我们首先计算
其中
易知
所以,我们只考虑
因此,由定理2.1和(3.2)式可得
其中
引理3.1
其中
证 我们只证明(3.4)式. (3.5)式可以类似的证明.对方程
两边同时关于
(3.6)式两边同乘以
同样,
再由(3.7)和(3.8)式可得
和
下面我们用数学归纳法证明(3.4)式.由(3.9)和(3.10)式可得
所以当
因此,当
如果
引理3.2
其中
证 由(3.3)式和引理3.1可得
直接计算可的
把它们代入(3.13)式,并注意到
引理3.3
其中
证 不失一般性,我们只证明
再注意到(3.2)式以及引理3.1可得
其中
同理可得
因此
引理3.3证毕.
定理1.1的证明 由引理3.2和引理3.3可得系统(1.1)的一阶Melnikov向量函数
令
参考文献
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