具有初边值条件的集值脉冲微分方程的平均法
The Averaging Method of Set Impulsive Differential Equations with Initial and Boundary Value Conditions
Received: 2020-04-24
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This paper uses the scheme of full, and partially additive averaging method to study the set impulsive differential equations with the initial and multipoint boundary value problems in Euclidean space
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王培光, 杨凯愉.
Wang Peiguang, Yang Kaiyu.
1 引言
脉冲微分方程广泛应用于物理学、生物学和经济学模型, 其最突出的特点是, 可以准确地描述瞬时突变对系统状态的影响. 自1960年起, Mil'man和Myshsi[15]开始研究脉冲微分方程以来, 得到了许多有趣的关于脉冲微分方程的定性理论的结果, 并形成了非线性分析的一个重要研究分支, 相关工作可参阅文献[3-4, 6, 11-12, 14, 20, 23]. 众所周知, 即使对于足够简单的脉冲方程, 也很难得到脉冲影响下的精确解. 一些学者致力于应用各种渐近方法来解决这一难题. 平均法作为渐近方法之一, 已广泛应用于各类脉冲微分系统中, 例如, 脉冲微分方程[1-2, 8-9, 25], 脉冲微分包含[5, 10, 16-17, 19, 24, 26-28]等. 结果表明, 平均系统可以去掉脉冲系统中的脉冲项的影响, 从而克服脉冲项带来的困难, 并且使得平均系统的解在一定条件下接近原系统的解.
2 预备知识
首先给出本文需要用到的欧氏空间
令
其中
定义2.1 对任意给定的集合
考虑下列集值微分方程
其中
定义2.2 若集值映射
其中积分形式定义如下
则称映射
命题2.1 若
命题2.2 若
接下来, 我们给出用于证明原始系统与平均系统之间解的近似关系的引理.
引理2.1[13] 对于空间
引理2.2[13] 对于任意的
若
则不等式
成立, 即
其中
3 全局平均法
考虑具有小参数的脉冲微分系统
及在固定点
其中
假设下列极限存在
其中
则系统(3.1)–(3.2) 对应的平均系统如下
其初值和多点边值条件为
其中
令
定理3.1 假设在区域
(
成立;
(
其中
(
其中
(
其中
(
则存在
成立, 其中
证 容易得到, 具有初值和多点边值条件的系统(3.1)–(3.2) 的解满足下列积分方程
且
其中
同理, 具有初值和多点边值条件的系统(3.4)–(3.5) 的解满足下列积分方程
且
其中
由条件
其中通过选择合适的
进一步, 可得
分析上述不等式, 将区间
则对于式(3.14) 的最后一项, 由引理2.1, 我们可得
其中
根据条件(
因此对于所有的
成立. 进一步计算可得
由(3.13) 式, 类似可得
因此
且
根据条件(
成立. 其中
其中
由式(3.7)和(3.9) 可得
即
其中
类似于不等式(3.17) 和(3.18) 的估计, 可得
由式(3.14), (3.16), (3.20) 及(3.22) 可得
其中
根据引理2.2可知, 下列不等式
成立. 因此, 对于不等式(3.23), 给定
成立, 因此
4 局部加法平均法
在本节中, 我们应用局部加法平均法, 研究具有初值和Cancy-Nicoletti类型的多点边值的集值脉冲微分方程问题.
考虑以下带有小参数的集值脉冲微分方程
及在固定点
其中
以下考虑对于
假设下列极限存在
其中
则与系统(4.1) 和(4.2) 对应的局部平均系统如下
且初值和多点边值条件为
定理4.1 假设条件(
(
成立;
(
(
则存在
成立, 其中
证 带有初值和多点边值条件的系统(4.1)–(4.2) 的解满足如下积分方程
且
其中
带有初值和多点边值条件的系统(4.4)–(4.5) 的解满足如下积分方程
且
其中
由条件
成立. 其中通过选择合适的
进一步, 可得
后续证明类似于定理3.1的证明过程, 在此省略. 定理4.1证毕.
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