基于序方法的Hilfer分数阶积分微分方程的逼近能控性
Approximate Controllability of Hilfer Fractional Integro-Differential Equations Using Sequence Method
Received: 2018-10-24
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已有对分数阶微分方程的逼近能控性研究大都假设非线性项是一致有界的,并且相应的分数阶线性系统是逼近能控的.然而,这些假设条件太强.该文提出的方法不需要这些假设条件,利用序方法研究了Hilfer分数阶积分微分方程的逼近能控性.
关键词:
Existing works on approximate controllability of fractional differential equations often assume that the nonlinear item is uniformly bounded and the corresponding fractional linear system is approximate controllable, which is, however, too constrained. In this paper, we omit these two assumptions and investigate the approximate controllability of Hilfer fractional integro-differential equations using sequence method.
Keywords:
本文引用格式
吕静云, 杨小远.
Lv Jingyun, Yang Xiaoyuan.
1 引言
近年来,无穷维空间中的分数阶微分方程有了越来越多的应用,原因在于它们对经济、力学及物理等领域诸多问题的抽象刻画[1-2]. El-Borai[3]较早对这类方程进行了深入研究. Zhou等人[4]给出了Caputo分数阶微分方程温和解的定义,并给出了不同条件下温和解的存在性.在该工作的基础上, Zhou等人[5]给出了Riemman-Liouville分数阶微分方程温和解的定义,并利用非紧性测度理论讨论了温和解的存在性. Hilfer [6]对Riemman-Liouville分数阶导数进行了推广,提出了Hilfer分数阶导数.该导数既包括Caputo分数阶导数,又包括Riemman-Liouville分数阶导数.随后, Gu等人[7]研究了Hilfer分数阶微分方程温和解的存在性.更多分数阶微分方程温和解的存在性工作,详见文献[8-15].
其中
其中
本文的组织结构如下:第2节给出本文相关的预备知识.第3节获得了系统(1.1)温和解的存在唯一性.在第4节中,建立了系统(1.1)逼近能控的充分条件.最后,第5节给出了一个例子.
2 预备知识
令
空间
定义2.1[1] 函数
假设等式右部在区间
定义2.2[1] 函数
假设等式右部在区间
定义2.3[1] 函数
此外,如果
定义2.4[6] Hilfer分数阶导数
假设等式右部在区间
注2.1[6] (ⅰ)当
即Hilfer分数阶导数
(ⅱ)当
即Hilfer分数阶导数
受文献[7]的启发,定义系统(1.1)的温和解.
定义2.5[7] 函数
其中
是Wright函数,并且
为了描述方便,将(2.1)式记为
引理2.1给出了推广的Gronwall不等式.
那么
此外,如果
其中
我们需要如下假设.
引理2.2[7] 如果
(ⅰ)
(ⅱ)算子
定义2.6 如果
3 温和解的存在唯一性
本节研究系统(1.1)的温和解的存在唯一性.首先给出如下假设.
定理3.1 假设
其中
证 定义
以下将通过两个步骤来证明
步骤1
需要证明对于
通过引理2.2和
并且
因此,可以定义
断言1 对于任意
对于
对于任意
因此,
断言2 对于任意
对于
对于
根据
对于
利用引理2.2和Hölder不等式,我们有
当
对于充分小的
因此,
对于
利用与
步骤2
对于
利用引理2.2,条件
因此
根据步骤1–2以及Banach压缩映射原理可知,
4 逼近能控性
本节给出系统(1.1)的逼近能控性.
定义算子
有界线性算子
需要如下假设.
并且
其中
引理4.1 如果条件
成立,那么系统(1.1)在
其中
证 根据
因此
根据(4.4)式和Banach压缩映射原理可知,
令
令
因此
证毕.
接下来,我们利用序方法来证明系统(1.1)的逼近能控性.
定理4.1 如果条件
证 由于
其中
对于
其中
并且
令
通过归纳法可得,存在
并且
其中
因此,对于
因此,我们有
其中
5 例子
考虑如下分数阶控制系统
其中
易知,
定义无穷维空间
空间
定义
注意到
因此,
令
显然,可以将系统(5.1)写成系统(1.1)的抽象形式.如果条件
参考文献
Some probability densities and fundamental solutions of fractional evolution equations
,DOI:10.1016/S0960-0779(01)00208-9 [本文引用: 1]
Existence of mild solutions for fractional neutral evolution equations
,DOI:10.1016/j.camwa.2009.06.026 [本文引用: 1]
Existence of mild solutions for fractional evolution equations
,DOI:10.1216/JIE-2013-25-4-557 [本文引用: 2]
Existence of mild solution for evolution equation with Hilfer fractional derivative
,
Cauchy problems for fractional differential equations with Riemann-Liouville fractional derivatives
,
On the new concept solutions and existence results for impulsive fractional evolutions
,DOI:10.4310/DPDE.2011.v8.n4.a3
Nonlocal Cauchy problem for fractional evolution equations
,
Existence results for abstract fractional differential equations with nonlocal conditions via resolvent operators
,DOI:10.1016/j.indag.2012.06.007
Study a class of nonlinear fractional non-autonomous evolution equations with delay
,
Existence and controllability for nonlinear fractional control systems with damping in Hilbert spaces
,DOI:10.1007/s10473-019-0118-5 [本文引用: 1]
A note on the lack of exact controllability for mild solutions in Banach spaces
,
Approximate controllability of fractional functional evolution inclusions with delay in Hilbert spaces
,DOI:10.1093/imamci/dnt015 [本文引用: 3]
On the approximate controllability of semilinear fractional differential systems
,DOI:10.1016/j.camwa.2011.04.040
Approximate controllability of nonlinear fractional dynamical systems
,DOI:10.1016/j.cnsns.2013.05.015
Approximate controllability of fractional integro-differential equations involving nonlocal initial conditions
,DOI:10.1186/1687-2770-2013-118
Approximate controllability of Riemann-Liouville fractional differential inclusions
,
Approximate controllability of semilinear system with state delay using sequence method
,DOI:10.1016/j.jfranklin.2015.08.019 [本文引用: 1]
Approximate controllability for a class of semilinear abstract equation
,
A generalized Gronwall inequality and its application to a fractional differential equation
,
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