星图上非线性分数阶微分方程边值问题解的存在唯一性
Existence and Uniqueness of Solutions for the Boundary Value Problems of Nonlinear Fractional Differential Equations on Star Graph
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收稿日期: 2020-10-28
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Received: 2020-10-28
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In this paper, by using Banach's contraction principle and Schaefer's fixed point theorem, we study the existence and uniqueness of solutions for the boundary value problems of nonlinear fractional differential equations on star graph
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韩晓玲, 蔡蕙泽, 杨虎军.
Han Xiaoling, Cai Huize, Yang Hujun.
1 引言
分数阶微积分理论的研究最早源于Euler的一些猜想, 随后在17世纪数学家Leibniz和Hospital的信件中说到: 分数阶导数相当于在两个整数阶导数之间引入某种插入法. 此后, 越来越多的学者开始对分数阶理论进行研究. 1812年, Laplace定义了分数阶导数, 1822年, Fourier给出了函数的任意
近几十年来, 越来越多的学者注重将分数阶理论与(神经脉冲的传播, 桥梁铰链)生物模型和工程模型等结合起来[11-21]. 特别地, 2019年Mehandiratta等[15]考虑的分数阶导数不仅依赖于未知函数, 还取决于它的分数阶导数和由
解的存在唯一性, 其中
受上述文献的启发, 本文运用Banach压缩映射原理和Schaefer不动点定理研究星图上的非线性分数阶微分方程边值问题
解的存在唯一性, 其中
值得注意的是, 本文考虑的分数阶导数不仅依赖于未知函数, 还取决于它的分数阶导数和由
图 1
其中
2 预备知识
记空间
其中
本文假设
(H1)
(H2) 在
其中
(H3) 存在
记
下面介绍本文的主要工具定理以及一些重要定义和引理.
定义2.1[15] 函数
定义2.2[15] 函数
其中
引理2.3[10] (Schaefer不动点定理) 令
引理2.4[10] (Banach压缩映射原理) 设
引理2.5[22] 设
引理2.6[22] 设
引理2.7[15] 令
引用引理2.7且做变量变换
引理2.8 令
的解与积分方程
的解是等价的.
证 首先证明微分方程(2.7)的解是积分方程(2.8)的解.
由引理2.6得
其中
由
由
两边同时求和再作差得
由(2.9)和(2.10)式得
故
因此可得
因此微分方程(2.7)的解一定是积分方程(2.8)的解.
下面证明积分方程(2.8)的解一定是微分方程(2.7)的解.
记
则有
当
因此
当
因此积分方程(2.8)的解一定是微分方程(2.7)的解.
注2.9 从上面的证明知道, 在证明微分方程(2.7)的解是积分方程(2.8)的解时要求
由引理2.8, 定义算子
其中
则有
进一步有
3 主要结果及其证明
定理3.1 假设条件(H2)成立, 如果满足
证 令
因为
因此
另一方面, 有
从而
因此
因此
由(3.1)式得
由
定理3.2 假设(H1)–(H3)成立, 则边值问题(2.3)–(2.6)至少有一个解.
证 由函数
由条件(H3), 有
因为
因为
由(3.2)–(3.4)式可得
因此
所以由(3.5)式知
下证
由(H3)得
同理
由(H3)得
因此
综上可得
定义集合
当
又
因此
故
参考文献
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