基于变分法的回火分数阶脉冲微分系统分析
Analysis of Impulsive Tempered Fractional Differential System via Variational Approach
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收稿日期: 2020-04-29
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Received: 2020-04-29
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The aim of this paper is to discuss a Dirichlet boundary value problem for tempered fractional differential system with instantaneous and non-instantaneous impulses in an appropriate admissible function space. By using variational method, we obtain the sufficient condition for the existence and uniqueness of weak solution, moreover, we show that every weak solution is a classical solution. In the end, an example is presented to highlight the feasibility of the theoretical results.
Keywords:
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任晶, 翟成波.
Ren Jing, Zhai Chengbo.
1 引言
分数阶微积分因其允许在技术科学和工程的各个领域的不同模型中获得更大的自由度而受到广泛的欢迎. 近几十年来, 由于分数阶微分方程能够更准确地描述现实世界中的客观现象, 许多有意义的课题得到了迅速的发展. 值得一提的是, 许多真实现象(肿瘤-正常细胞相互作用、病虫害防治、药物治疗、种群动态
目前分数阶积分和导数有不同的定义, Riemann-Liouville, Weyl, Caputo, Grünwald-Letnikov, Hadamard等等. 实际上, 科学家们必须根据当前建模问题的研究选择更实用的算子, 回火分数阶导数是经典算子的推广, 在一定程度上依赖于一个新的参数
据文献所知, 关于回火分数阶边值问题弱解的存在性的研究工作还很有限, 这是首次利用Lax-Milgram定理研究具有脉冲(瞬时和非瞬时) 的分数阶边值问题. 本文考虑如下脉冲分数阶系统
带有Dirichlet边值条件
其中
其中
瞬时脉冲在点
文章其余部分的结构如下: 第2节对本文进行了理论研究, 给出了几个基本的定义和必要的结论. 一旦建立了问题(1.2)–(1.3) 的变分结构, 在第3节中, 就能利用Lax-Milgram定理得到
2 预备知识
这部分给出一些定义以及必要的引理.
其中
其中
定义 2.3[1] 对于
其中
根据文献[7] 中Riemann-Liouville和Caputo分数阶导数之间的关系式(2.4.6)和(2.4.7), 可得
在
定义 2.4 设
由
注 2.1 令
2012年, 在文献[5]中已经表明,
引理 2.1 设
(1) 如果
(2) 如果
证 (1) 由定义2.1和Dirichlet's公式可知
(2) 令
引理2.1证毕.
引理 2.2 设
证 结合等式(2.5), (2.6) 和(2.7), 可以很容易地得到(2.9) 式.
引理 2.3 设
并且
其中
进一步, 如果
证 首先, 对任意
其次, 对每一个
对
其中
引理2.3证毕.
注 2.2 根据注2.1和不等式(2.10), 定义如下范数
显然
设
显然
引理 2.4 如果对任意
则称
证 设
进一步, 由问题(1.2)–(1.3) 的边界条件可知
因此, 根据(2.19) 式和(2.20) 式可知等式(2.18) 成立.
定义 2.5 对任意
定义泛函
其中
因此, 系统(1.2)–(1.3) 的弱解恰好是
引理 2.5[3] (Lax-Milgram定理) 设
此外, 如果
在
3 主要结论
引理 3.1 如果
证 由引理2.4和定义2.5可知,
那么(1.2) 式有意义. 由
而
也就是说
类似地, 首先假设
其次, 将(3.4) 式代回(3.3) 式可知
再结合(3.4) 式可得
总而言之,
定理 3.1 对任意
证 定义算子
显然
易知,
这表明
4 应用
考虑如下分数阶脉冲系统
带有边值条件
其中
参考文献
Analysis and numerical approximation of tempered fractional calculus of variations problems
,
A variational approach to perturbed impulsive fractional differential equations
,DOI:10.1016/j.cam.2018.02.033 [本文引用: 1]
Existence of solutions for a class of fractional boundary value problems via critical point theory
,DOI:10.1016/j.camwa.2011.03.086 [本文引用: 3]
On variational methods to non-instantaneous impulsive fractional differential equation
,DOI:10.1016/j.aml.2018.03.014 [本文引用: 2]
The existence of solutions for an impulsive fractional coupled system of (p, q)-Laplacian type without the Ambrosetti-Rabinowitz condition
,DOI:10.1002/mma.5435 [本文引用: 1]
Nonconservative Lagrangian and Hamiltonian mechanics
,DOI:10.1103/PhysRevE.53.1890 [本文引用: 1]
Tempered fractional calculus
,DOI:10.1016/j.jcp.2014.04.024 [本文引用: 3]
Variational method to differential equations with instantaneous and non-instantaneous impulses
,DOI:10.1016/j.aml.2019.02.034 [本文引用: 3]
A class of nonlinear non-instantaneous impulsive differential equations involving parameters and fractional order
,
基于变分方法的脉冲微分方程耦合系统解的存在性和多重性
,DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2020.03.017
Existence and multiplicity of solutions for a coupled system of impulsive differential equations via variational method
DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2020.03.017
Variational approach to fractional Dirichlet problem with instantaneous and non-instantaneous impulses
,DOI:10.1016/j.aml.2019.07.024 [本文引用: 4]
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