Bài toán ổn định hoá đối với phương trình vi phân cấp phân số nửa tuyến tính

41 449 0
Bài toán ổn định hoá đối với phương trình vi phân cấp phân số nửa tuyến tính

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

B GIO DC V O TO TRNG I HC S PHM H NI NG TH THO BI TON N NH HểA I VI PHNG TRèNH VI PHN CP PHN S NA TUYN TNH Chuyờn ngnh: Toỏn gii tớch Mó s: 60 46 01 02 LUN VN THC S TON HC Ngi hng dn khoa hc: PGS TS Trn ỡnh K H NI, 2015 LI CM N Em xin by t lũng bit n sõu sc ti PGS.TS Trn ỡnh K ó tn tỡnh hng dn em quỏ trỡnh thc hin lun ny Em xin chõn thnh cm n Ban Giỏm Hiu, Phũng sau i hc, cựng ton th cỏc thy giỏo, cụ giỏo Khoa Toỏn Trng i Hc S Phm H Ni 2, ó ng viờn giỳp v to iu kin thun li em cú iu kin tt nht sut quỏ trỡnh hc tp, thc hin ti v nghiờn cu khoa hc Do thi gian v kin thc cú hn nờn lun khụng trỏnh nhng hn ch v thiu sút nht nh Em xin chõn thnh cm n ó nhn c nhng ý kin úng gúp ca cỏc thy giỏo, cụ giỏo v cỏc bn hc viờn H Ni, ngy 08 thỏng 07 nm 2015 Tỏc gi ng Th Tho LI CAM OAN Tụi xin cam oan, di s hng dn ca PGS.TS Trn ỡnh K, lun tt nghip "Bi toỏn n nh húa i vi phng trỡnh vi phõn cp phõn s na tuyn tớnh" c hon thnh bi s nhn thc ca chớnh bn thõn tỏc gi v khụng trựng vi bt k lun no khỏc Trong quỏ trỡnh lm lun vn, tụi ó k tha nhng thnh tu ca cỏc nh khoa hc vi s trõn trng v bit n H Ni, ngy 08 thỏng 07 nm 2015 Tỏc gi ng Th Tho Mc lc M u 1 Kin thc chun b 1.1 n nh hoỏ cho h iu khin cp phõn s tuyn tớnh 1.2 Khụng gian pha 10 1.3 o khụng compact v ỏnh x a tr nộn 11 Tớnh gii c ca h iu khin phn hi 15 Tớnh n nh hoỏ c yu ca h iu khin 22 3.1 Tớnh n nh húa c yu 22 3.2 p dng 31 Ti liu tham kho 34 ii M u Lý chn ti Gi s X v U l khụng gian Banach Xột h iu khin dng D0 x(t) Ax(t) + Bu(t) + F (t, xt ), t > 0, (0.1) x(t) = (t), t 0, (0.2) ú D0 , (0, 1), l o hm cp phõn s theo ngha Caputo, A sinh C0 -na nhúm trờn X , B : U X l toỏn t tuyn tớnh b chn, B vi B l khụng gian pha s c gii thiu phn sau, F : [0, ) ì B P(X) l ỏnh x a tr, v xt ký hiu trng thỏi lch s ca h v c xỏc nh bi xt (s) = x(t + s) vi s (, 0] Phng trỡnh vi phõn cp phõn s ó c chng minh l mt cụng c hu hiu mụ t nhiu hin tng vt lý nh cỏc dũng chy mụi trng vt liu xp v cỏc quỏ trỡnh dao ng (xem [14, 25, 28]) Cỏc khỏi nim v kt qu c bn v phng trỡnh vi phõn cp phõn s cú th tỡm thy cỏc cun sỏch chuyờn kho [20, 24, 29] Vic nghiờn cu cỏc bao hm thc vi phõn cp phõn s c thỳc y bi nhiu bi toỏn Mt s ú n t lý thuyt phng trỡnh vi phõn vi phn phi tuyn khụng liờn tc (xem [10]) C th, hm a tr F (0.1) l hm chớnh quy hoỏ ca hm n tr khụng liờn tc f theo cỏch F (t, y) l bao li úng ca (y) = {z : yn y, z = lim f (t, yn )} n Theo cỏch ny, bao hm thc vi phõn nhn c c xem xột nh l mụ hỡnh xp x cho phng trỡnh vi phõn vi chỳ ý F l ỏnh x a tr na liờn tc trờn Tớnh gii c ca (0.1)-(0.2) c nghiờn cu bi nhiu tỏc gi di cỏc gi thit khỏc v na nhúm etA v s hng phi tuyn F (xem [5, 21, 23, 32]) Bờn cnh ú, cõu hi v tớnh iu khin c ca (0.1)-(0.2) cng thu hỳt s quan tõm ca nhiu nh khoa hc (xem [26, 27, 32]) Tuy nhiờn, cỏc kt qu v tớnh n nh húa cho cỏc h vi phõn cp phõn s dng (0.1)-(0.2) cha c bit n Vi mong mun tỡm hiu sõu hn v lý thuyt n nh húa i vi phng trỡnh vi phõn cp phõn s, tụi chn "Bi toỏn n nh húa i vi phng trỡnh vi phõn cp phõn s na tuyn tớnh" cho ti nghiờn cu ca lun Vỡ tớnh nht nghim ca h (0.1)-(0.2) khụng c m bo nờn lý thuyt n nh Lyapunov khụng ỏp dng c, c trng hp = Do ú ta s dng khỏi nim n nh hoỏ yu nh sau nh ngha 0.1 H (0.1)-(0.2) c gi l n nh hoỏ c yu bi iu khin phn hi nu tn ti toỏn t tuyn tớnh D : U X cho vi u(t) = Dx(t), nghim S() = v tho n nh: vi bt kỡ > 0, tn ti > cho ||B < thỡ supt>0 |xt |B < , vi mi x S(); Hỳt yu: vi mi B, tn ti nghim ton cc x S() cho |xt |B t + Ta s chng minh kt qu n nh hoỏ yu cho (0.1)-(0.2) bng cỏch s dng kt qu n nh hoỏ cho cỏc h tuyn tớnh v lý thuyt im bt ng cho cỏc ỏnh x a tr nộn Khú khn bi toỏn ny bao gm hai yu t Trc ht l s xut hin ca tr vụ hn cựng vi khụng gian pha nghiờn cu tớnh hỳt yu ta cn tỡm cỏc iu kin hp lý cho khụng gian pha ca h Khú khn tip theo l thiu tiờu chun compact khụng gian BC(0, ; X), khụng gian cỏc hm liờn tc, b chn trờn (0, ) v ly giỏ tr X vt qua khú khn ny, ta xõy dng mt o khụng compact (MNC) chớnh qui trờn mt khụng gian ca BC(0, ; X), l khụng gian nghim cho bi toỏn ang xột Mc ớch nghiờn cu Nghiờn cu tớnh n nh húa c theo ngha yu ca h (0.1)-(0.2) da trờn tớnh n nh húa c ca h tuyn tớnh tng ng Nhim v nghiờn cu Tỡm hiu v lý thuyt na nhúm; Tỡm hiu v gii tớch bc phõn s; Nghiờn cu iu kin n nh húa ca h tuyn tớnh; Nghiờn cu tớnh n nh húa theo ngha yu ca h phi tuyn i tng v phm vi nghiờn cu i tng nghiờu cu: H iu khin mụ t bi bao hm thc vi phõn cp phõn s Phm vi nghiờn cu: iu kin n nh húa theo ngha yu ca h (0.1)- (0.2) D kin úng gúp mi Chng minh chi tit cỏc kt qu cụng trỡnh [19] Phng phỏp nghiờn cu Lun s dng mt s phng phỏp v cụng c ca gii tớch bao gm: Gii tớch a tr, gii tớch bc phõn s, o khụng compact; Lý thuyt na nhúm; Lý thuyt im bt ng cho ỏnh x nộn Lun c trỡnh by ba chng Chng nhc li mt s khỏi nim v kt qu liờn quan ti lý thuyt na nhúm v gii tớch bc phõn s Thờm vo ú, chỳng tụi s trỡnh by mt kt qu c bn cho tớnh n nh hoỏ ca h tuyn tớnh tng ng vi (0.1)-(0.2) Trong Chng 2, chỳng tụi trỡnh by kt qu v s tn ti nghim ton cc trờn (, T ], vi T > Kt qu tn ti nghim õy khụng yờu cu v tớnh compact ca na nhúm etA hoc tớnh Lipschitz ca F Nu etA khụng compact, ta s yờu cu tớnh chớnh qui ca F qua o khụng compact Hausdorff (xem [5, 21, 23, 32] cho trng hp s dng gi thit compact hoc Lipschitz) Chng dnh cho vic chng minh kt qu chớnh v tớnh n nh hoỏ c yu vi gi gi thit rng phn tuyn tớnh tng ng l n nh hoỏ c Phn cui chng ny chỳng tụi trỡnh by mt vớ d minh ho cỏc kt qu t c Chng Kin thc chun b 1.1 n nh hoỏ cho h iu khin cp phõn s tuyn tớnh Gi s A l toỏn t tuyn tớnh vi D(A) l phn t sinh ca mt C0 -na nhúm {etA }t0 trờn X Ký hiu (A) l ph ca A, s(A) l bỏn kớnh ph ca A, (A) l tng trng m ca A, l tng trng ct yu ca A, ess (A) ln etA t t ú s(A) = sup{Re() : (A)}; (A) = lim ln etA t t lim ess , õy ã L(X) v ã ess L(X) ; ess (A) = tng ng l ký hiu ca chun v chun ct yu ca toỏn t tuyn tớnh trờn X (xem sỏch chuyờn kho ca Engel v Nagel [9]) Ta s nhc li mt s kt qu liờn quan ti tớnh cht ca cỏc i lng trờn Chng minh chi tit cỏc kt qu ny cú th xem [9] B 1.1 Gi s A l phn t sinh ca C0 -na nhúm trờn khụng gian Banach X Khi ú (i) (A) = max{s(A), ess (A)}; (ii) Nu na nhúm {etA } liờn tc theo chun, ngha l, hm t etA liờn tc vi t > thỡ s(A) = (A); (iii) ess (A) = ess (A + K), ú K : X X l toỏn t compact; (iv) Vi mi > ess (A) (A) { C : Re() } l b chn Nhc li rng vi mi > ess (A) c nh ( c gi l im tỏch ph) thỡ (A) cú th c vit di dng (A) = u (A) s (A) (xem [9, nh lý V.3.7]), ú u (A) = (A) { C : Re() } s (A) = (A) { C : Re() < } Chỳng ta cú th thy rng u (A) l b chn v tỏch s (A) bi mt ng cong úng C Khi ú theo kt qu ca Kato [17, nh lý 6.17], ta thu c biu din tng ng ca khụng gian trng thỏi v toỏn t A nh sau X = Xu Xs , A = Au As , õy Xu = P X, Xs = (I P )X , P l toỏn t chiu P = 2i (I A)1 d C v Au = A Xu , As = A Xs Thc t, Xu v Xs l hai khụng gian bt bin di tỏc ng ca toỏn t A, ngha l, AXu Xu , AXs Xs Hn na, (Au ) = u (A), (As ) = s (A) v Au l toỏn t b chn trờn Xu Ký hiu L1 (0, T ; X) l khụng gian cỏc hm trờn [0, T ] ly giỏ tr khụng gian X v kh tớch theo ngha Bochner nh ngha 1.1 Tớch phõn cp phõn s > ca hm f L1 (0, T ; X) c xỏc nh bi I0 f (t) = () t (t s)1 f (s)ds, ú l hm Gamma nh ngha 1.2 o hm cp phõn s (0, 1) theo ngha Caputo ca f C ([0, T ]; X) cho bi D0 f (t) t = (1 ) (t s) f (s)ds Xột bi toỏn Cauchy D0 x(t) = Ax(t) + f (t), t > 0, (0, 1], (1.1) x(0) = x0 (1.2) nh ngha 1.3 Mt hm x C([0, T ]; X) c gi l nghim tớch phõn ca (1.1)-(1.2) trờn khong [0, T ] v ch t x(t) = S (t)x0 + (t s)1 P (t s)f (s)ds, t [0, T ], (1.3) A (1.4) ú ()et S (t) = ()et P (t) = d, A (1.5) d, () = (1)n1 n1 n=1 (n + 1) sin n, (0, ) n! (1.6) Cụng thc ca (1.3) v ca cỏc toỏn t S (ã), P (ã) cú th tỡm thy bi bỏo [33] Chỳng ta gi S (ã) v P (ã) l toỏn t gii thc cp phõn s sinh bi toỏn t A Trong (1.1)-(1.2), ta t f (t) = Bu(t), ú chỳng ta bn v h iu khin tuyn tớnh D0 x(t) = Ax(t) + Bu(t), t > 0, (1.7) x(0) = x0 (1.8) ngn gn, chỳng ta s dng ký hiu(A, B) ch h (1.7)-(1.8) v (A, B) ch h (A, B)1 Nhc li rng, h (A, B) n nh hoỏ m bi phn hi nu cú toỏn t tuyn tớnh D : U X cho toỏn t A = A + BD sinh na nhúm n nh m {S(t)}t0 , ngha l, S(t) L(X) M eat , vi M 1, a > Trong phn cũn li ca lun vn, ta núi toỏn t tuyn tớnh b chn D : U X l toỏn t phn hi nu A = A + BD sinh C0 -na nhúm nh ngha 1.4 Ta núi rng h (A, B) l n nh hoỏ c bi iu khin phn hi nu tn ti toỏn t phn hi D : U X cho nghim ca bi toỏn Mnh 3.1 ([1]) MNC xỏc nh bi (3.4) l chớnh quy Chỳng ta nghiờn cu tớnh hỳt yu ca h (0.1)-(0.2) nh sau u tiờn, ta xõy dng mt li úng b chn ca BC0 v bt bin di tỏc ng ca toỏn t nghim , cú dng BR () = {y BC0 : y BC Rv t y(t) , t 0}, ú < < min(, ), R v l cỏc s thc dng Khi ú ta s ch rng : BR () P(BR ()) l ỏnh x a tr vi giỏ tr li compact, v nộn theo MNC lm c iu ny, ta thay th cỏc gi thit (A), (B) v (F) bi gi thit mnh hn (A*) Gi thit (A) c tho v (A, B) n nh hoỏ c bi iu khin phn hi (B*) Khụng gian pha B tho (B1)-(B4) vi K BC(R+ ) v M tho t M (t) = O(1) t +, õy BC(R+ ) l khụng gian cỏc hm liờn tc b chn trờn R+ (F*) Hm phi tuyn a tr F tho (F) vi m, k L (R+ ) Do gi thit (A*), ta cú th gi s rng tn ti toỏn t phn hi D cho A = A + BD sinh C0 -na nhúm S(ã) tho S(t) L(X) M eat , t 0, õy M 1, a > Do (B*) chỳng ta cú K = sup K(t) < +, M = sup M (t) < +, t0 t0 M = sup t M (t) < + t0 Do (F*) chỳng ta cú m = ess suptR+ m(t) < +, k = ess suptR+ k(t) < + 23 B 3.2 Gi s (A*), (B*) v (F*) tho Khi ú (BCR ()) BCR () vi R, > 0, l t = sup t0 (t s)1 P (t s) L(X) m(s)M (s) ds < + (3.5) (t s)1 P (t s) L(X) m(s)K(s) ds cho hỡnh cu BR = {x BC0 : x R} BC bt bin di tỏc ng ca toỏn t , ngha l, (BR ) BR Gi s ngc li vi mi n N tn ti xn BC0 vi xn BC n v zn (xn ) cho zn BC > n Theo cụng thc ca toỏn t , chỳng ta tỡm c fn PFp (xn ) cho t (t s)1 P (t s)fn (s) ds, t > zn (t) = S (t)(0) + Do ú t zn (t) S (t) L(X) (t s)1 P (t s) (0) + L(X) m(s)|xn []s |B ds (3.9) Li cú |xn []s |B K(s) sup xn (s) + M (s)||B r[0,s] nK(s) + M (s)||B (3.10) Khi ú, kt hp (3.9) vi (3.10), ta cú ỏnh giỏ sau zn (t) S (t) L(X) t (0) (t s)1 P (t s) + L(X) m(s) (nK(s) + M (s)||B ) ds (3.11) t (t s)1 P (t s) M (0) + n L(X) m(s)K(s) ds + ||B (t), (3.12) 24 ú t (t s)1 P (t s) (t) = L(X) m(s)M (s) ds Do ú t (3.12) ta cú zn BC M (0) + ||B + n n 1< Ly gii hn n bt ng thc trờn ta thu c mõu thun vi (3.6) Bc Ta ch s tn ti ca > cho BR () = BR {x BC0 : t x(t) , t 0}, bt bin di tỏc ng ca toỏn t Gi s ngc li: tn ti yn BR (n) v zn (yn ) cho sup t |zn (t) > n Ly fn PFp (yn ) cho t0 t (t s)1 P (t s)fn (s)ds, zn (t) = S (t)(0) + ú t zn (t) S (t) L(X) (0) + t (t s)1 P (t s) + t L(X) (0) , L(X) m(s)|ys |B ds = I1 (t) + I2 (t) + I3 (t), õy I1 (t) = S (t) t (t s)1 P (t s) I2 (t) = L(X) m(s)|ys |B ds, t (t s)1 P (t s) I3 (t) = L(X) m(s)|ys |B ds t S dng B 1.2, ta cú t I1 (t) = t S (t) L(X) (0) M t (0) as t + T õy v t t I1 (t) t 0, ta cú sup t I1 (t) < + t0 25 (3.13) Chỳng ta li cú t tiờn (B3) vi = c lng |ys |B K(s) sup y(r) + M (s)||B r[0,s] RK + M ||B (3.14) Liờn quan ti I2 (t) ta cú t (t s)1 P (t s) t I2 (t) Ct L(X) m(s)ds t t Ct [(1 )t] P (t s) t (1) C(1 ) t L(X) m(s)ds , t > 0, ú C = RK + M ||B Khi ú t I2 (t) t + Mt khỏc CM m t t I2 (t) () t (t s)1 ds = t CM m (1 ) t+ ( + 1) t Do ú sup t I2 (t) < + (3.15) t0 c lng I3 (t) u tiờn, s dng tiờn (B3) vi = s v bt ng thc (3.14) ta cú |ys |B K(s s) sup y(r) + M (s s)|ys |B r[s,s] K sup y(r) + CM (s(1 )) r[s,s] Vỡ th s |ys |B K s (s) sup r y(r) + C(1 ) [(1 )s] M ((1 )s) r[s,s] K n + C(1 ) M Th c lng trờn vo t I3 (t), ta cú t (t s)1 s P (t s) t I3 (t) = t L(X) m(s)s |ys |B ds t t (t s)1 P (t s) t K L(X) m(s)[K n + C (1 ) M 26 n + C(1 ) M ]ds (3.16) Kt hp (3.13), (3.15) v (3.16), ta cú 1< 1 sup t |z(t) n t0 n sup t I1 (t) + sup t I2 (t) + sup t I3 (t) t0 t0 K + t0 D , n (3.17) ú D = sup t I1 (t) + sup t I2 (t) + C (1 ) M < + t0 t0 Qua gii hn bt ng thc (3.17) n , ta thu c mõu thun vi (3.8) Do ú ta cú iu phi chng minh Bõy gi, chỳng ta khng nh rng luụn tn ti s L nh ngha ca T (1.29) cho t (t s)1 P (t s) := sup t>0 L(ts) k(s) ds L(X) e < (3.18) Tht vy, ta cú t (t s) P (t s) L(ts) L(X) e M k k(s) ds () t (t s)1 eL(ts) ds t M k r1 eLr dr = () M k L + L Ta chng minh tớnh cht -nộn ca toỏn t b sau B 3.3 Gi s (A*) (B*) v (F*) tho Nu cỏc iu kin (3.5)-(3.8) cng tho thỡ l -nộn trờn BR () Chng minh Chỳng ta ch rng vi bt kỡ BR (), thỡ (()) ã () u tiờn chỳng ta chỳng minh rng d (()) = t z (), thỡ z BR () Theo cụng thc ca BR () ta cú t z(t) , t Vi T > 0, ta cú z(t) T , t T 27 Vỡ z () tu ý nờn dT (()) = sup sup z(t) T z() tT Cho T +, ta cú d (()) = Trong phn sau, ta ch rng (()) ã () Gi s T > l s dng c nh tu ý Vỡ T () l b chn C([0, T ]; X) nờn PFp () l b chn kh tớch Lp (0, T ; X) T iu ny v Mnh 1.5, ta cú T (()) = S (ã)(0) + Q PFp (T ()) l liờn tc ng bc C([0, T ]; X) Do ú (3.19) modT (T (())) = S dng Mnh 1.7, chỳng ta cú vi mi t [0, T ] thỡ t (()(t)) (t s)1 P (t s)PFp ()(s) ds t (t s)1 P (t s)PFp ()(s) ds (3.20) Nu na nhúm S(ã) l compact thỡ (()(t)) = 0, vỡ (P (t s)PFp ()(s)) = vi s (0, t) Nu trỏi li, s dng (F)(4) vi chỳ ý l vi mi r 0, [](r) = {(r)} l mt im, chỳng ta cú ỏnh giỏ (P (t s)PFp ()(s)) P (t s) p L(X) (PF ()(s)) P (t s) L(X) k(s) sup ([](s + )) P (t s) L(X) k(s) sup ((r)) r[0,s] Th (3.21) vo (3.20), chỳng ta cú t (t s)1 P (t s) (()(t)) L(X) k(s) sup ((r)) ds r[0,s] 28 (3.21) T bt ng thc ny ta cú t eLt (()(t)) (t s)1 P (t s) L(X) e L(ts) k(s) sup eLr ((r)) ds r[0,s] t (t s)1 P (t s) L(ts) k(s) ds L(X) e T (T ()) T ú, ta cú t T (T (())) (t s)1 P (t s) sup t>0 L(X) e L(ts) k(s) ds T (T ()) (3.22) Kt hp cỏc bt ng thc (3.19) v (3.22) ta i n (()) ã (), vi t (t s)1 P (t s) =4 L(ts) k(s) ds L(X) e < Do ú (()) = (()) + d (()) = (()) ã () ã () T õy ta cú iu phi chng minh Kt qu chớnh ca phn ny c phỏt biu nh sau nh lớ 3.4 Di cỏc gi thit ca B 3.3, bi toỏn (2.1)-(2.2) cú ớt nht mt nghim tớch phõn (, +) tho x(t) = O(t ) t Chng minh Theo B 3.2, chỳng ta xột toỏn t nghim : BR () Kv(BR ()) vi R, > Lp lun tng t nh chng minh ca B 2.2, chỳng ta cú l toỏn t úng Hn na, theo B 3.3, l toỏn t nộn theo MNC Vỡ vy kt lun ca nh lý 3.4 c suy t nh lý 1.10 Bõy gi ta phỏt biu tớnh n nh hoỏ yu ca h (0.1)-(0.2) Nú ch n nh tim cn yu ca h (2.1)-(2.2) di cỏc gi thit (A*), (B*) v (F*) 29 Theo nh ngha ca nghim v (F)(3), ta cú t x(t) S (t) L(X) (0) + (t s)1 P (t s) L(X) m(s)|xs |B ds (t s)1 P (t s) L(X) m(s)K(s) t S (t) L(X) (0) + x BC ds t (t s)1 P (t s) + L(X) m(s)M (s)||B ds M ||B + x BC + ||B T bt ng thc ny ta cú (1 ) x BC (M + )||B S dng tiờn (B3) vi = ta c |xt |B K sup x(s) + M ||B s[0,t] K x BC + M ||B K (M + ) + M ||B , t (3.23) Do ú ta ó kim tra c phỏt biu th nht nh ngha 0.1 kim tra phỏt biu th hai, s dng tiờn (B3) vi = 2t chỳng ta cú |xt |B K sup x(s) + M t st K t t t |x t |B 2 sup s x(s) + t st t t M t |x t |B |x t |B K sup s x(s) + M t st (3.24) n õy, nu x l nghim ca h (0.1)-(0.2), theo nh lý 3.4, chỳng ta cú sup s x(s) sup s x(s) < + t st s0 Do ú t cỏc bt ng thc (3.23)-(3.24) ta cú |xt |B t + 30 3.2 p dng Gi s l mt b chn RN vi biờn trn Xột h iu khin xỏc nh nh sau t2 Z(t, x) = x Z(t, x) + Z(t, x) + b(x)u(t) + c(t, x)v(t), t > 0, (3.25) v(t) (, y) f1 (Z(t + , y)), f2 (Z(t + , y)) dyd, (3.26) Z(t, x) = 0, x , t > 0, (3.27) Z(t, x) = (t, x), x , t 0, (3.28) ú t2 l o hm Caputo bc 12 , x l toỏn t Laplace theo bin x, l mt s dng v u l thnh phn iu khin, b L2 () Trong (3.26), ta hiu on [r1 , r2 ] = { r1 + (1 )r2 : [0, 1]}, vi r1 , r2 R Xột toỏn t A = + I vi xỏc nh D(A) = H () H01 () Khi ú A sinh mt C0 -na nhúm compact S(t) = et et trờn khụng gian X = L2 () Hn na, nu > , giỏ tr riờng nh nht ca toỏn t A0 = thỡ S(ã) khụng cú tớnh cht n nh m Gi s {i } i=1 l cỏc giỏ tr riờng ca A0 v {ei }i=1 l cỏc vộc-t riờng tng ng Ta gi s > , = i , i t m = max{i : i > 0} Xột h iu khin tuyn tớnh dZ (t, x) = x Z(t, x) + Z(t, x) + b(x)u(t), dt Z(t, x) = 0, x , t > 0, Z(0, x) = Z0 (x), x Ta bit rng (xem [30]) h ny n nh húa c nu b(x)ei (x)dx = 0, i = 1, 2, , m (3.29) Bõy gi ta t cỏc gi thit sau : (, 0] ì R l hm liờn tc tha |(, x)| C eh , (, x) (, 0] ì , (3.30) vi C > v h (0, 1) f1 , f2 : R R l cỏc hm liờn tc cho |fi (z)| Cf |z|, z R, vi Cf > 0, i = 1, 31 (3.31) c L (R+ ; L2 ()) t Bu(t)(x) = b(x)u(t), F (t, w)(x) = c(t, x) (, y) f1 (w(, y)), f2 (w(, y)) dyd, vi w B = CL2g , g() = eh v na chun B xỏc nh bi r |w|B = sup w() X eh w() + r0 X d , ú r = h1 ln(1 h) Khi ú ta thy h (3.25)-(3.28) cú dng (0.1)-(0.2) Rừ rng cp (A, B) l n nh húa c nu iu kin (3.29) c tha Vy ta cú (A*) Vi hm phi tuyn a tr F ta cú ỏnh giỏ F (t, w) X C2 Cf2 c(t, ã) X C2 Cf2 c(t, ã) h e h |w(, y)|dyd X h |w(, y)|dy e C2 Cf2 à() c(t, ã) h X = C2 Cf2 à() c(t, ã) h X C2 Cf2 à() c(t, ã) h C2 Cf2 à() c(t, ã) h d eh w(, ã) X d r eh w(, ã) + r w C([r,0];X) X d r X eh w(, ã) + X d 2 X |w|B , nh vo bt ng thc Hăolder Do ú F (t, w) X C Cf h v F tha (F*) vi m(t) = C Cf h compact ca na nhúm S(ã)) 32 à() c(t, ã) à() c(t, ã) X X |w|B , v k(t) = (nh vo tớnh Xột khụng gian pha B = CL2g , ta thy B tha (B*) vi 1, t r, K(t) = + ehr eht , t > r; h max e 12 ht , + ehr (1 eht ) , t r, h M (t) = ht e , t > r, nh tớnh toỏn chi tit cỏc biu thc (1.27)-(1.28) Vy, nu cỏc bt ng thc (3.5)-(3.8) c tha món, ta cú kt lun rng h (3.25)-(3.28) l n nh húa c yu 33 Kt lun Lun nghiờn cu mt h iu khin xỏc nh bi bao hm thc vi phõn cp phõn s vi tr vụ hn Chỳng tụi trỡnh by cỏc kt qu sau: Tớnh gii c ca h; Tớnh n nh húa c yu di iu kin h tuyn tớnh tng ng l n nh húa c; p dng kt qu thu c cho mt h iu khin xỏc nh bi phng trỡnh o hm riờng cp phõn s vi phn phi tuyn a tr Lun c trỡnh by da trờn cỏc kt qu ca cụng trỡnh [19] 34 Ti liu tham kho [1] N.T Anh, T.D Ke, Decay integral solutions for neutral fractional differential equations with infinite delays, Math Methods Appl Sci 38 (2015), 1601-1622 [2] R.R Akhmerov, M.I Kamenskii, A.S Potapov, A.E Rodkina, B.N Sadovskii, Measures of Noncompactness and Condensing Operators, Birkhăauser, Boston-Basel-Berlin, 1992 [3] J.Banas, L Olszowy, On a Class of Measures of Noncompactness in Banach Algebras and Their Application to Nonlinear Integral Equations, J Anal Appl 28 (2009), 475-498 [4] D Bothe, Multivalued perturbations of m-accretive differential inclusions, Israel J Math 108 (1998), 109-138 [5] A Cernea, On the existence of mild solutions for nonconvex fractional semilinear differential inclusions, Electron J Qual Theory Differ Equ 2012, No 64, 1-15 [6] R.F Curtain, A Pritchard, Infinite Dimensional Linear Systems Theory, Lecture Notes in Control and Information Sciences, Springer Verlag, 1978 [7] J Diestel, W M Ruess, W Schachermayer, Weak compactness in L1 (à, X), Proc Amer Math Soc 118 (1993), 447-453 [8] I.Ekeland, R.Temam, Convex analysis and variational problems Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), Philadelphia, PA, 1999 [9] K.J Engel, R Nagel, One-parameter semigroups for linear evolution equations, Graduate Texts in Mathematics, vol 194 Springer-Verlag, New York, 2000 35 [10] A F Filippov, Differential equations with discontinuous righthand sides Translated from the Russian Mathematics and its Applications (Soviet Series), Kluwer Academic Publishers Group, Dordrecht, 1988 [11] C Gori, V Obukhovskii, M Ragni, P Rubbioni, Existence and continuous dependence results for semilinear functional differential inclusions with infinite delay, Nonlinear Anal 51 (2002), 765-782 [12] J Hale, J Kato, Phase space for retarded equations with infinite dealy, Funkcial Ekvac 21 (1978),11-41 [13] H.J Haubold, A.M Mathai, R.K Saxena, Mittag-Leffler functions and their applications J Appl Math 2011 (2011), Art ID 298628, 51 pp [14] R Hilfer (edited), Applications of fractional calculus in physics World Scientific Publishing Co., Inc., River Edge, NJ, 2000 ISBN: 981-02-3457-0 [15] Y Hino, S Murukami, T Naito, Functional Differential Equations with Unbounded Delay, in: Lecture Notes in Mathematics, vol 1473, SpringerVerlag, Berlin, 1991 [16] M Kamenskii, V Obukhovskii, and P Zecca, Condensing multivalued maps and semilinear differential inclusions in Banac spaces, de Gruyter Series in Nonlinear Analysis and Applications, vol 7, Walter de Gruyter, Berlin, New York, 2001 [17] T Kato, Perturbation theory for linear operators Reprint of the 1980 edition Classics in Mathematics Springer-Verlag, Berlin, 1995 [18] T.D Ke, D Lan, Decay integral solutions for a class of impulsive fractional differential equations in Banach spaces, Fract Calc Appl Anal 17 (2014), no 1, 96-121 [19] T.D Ke, T.V Tuan, Weak stabilization for fractional differential inclusions with infinite delays, 2015, submitted [20] A.A Kilbas, H.M Srivastava, and J.J Trujillo, Theory and Applications of Fractional Differential Equations, North-Holland Mathematics Studies, Vol 204, Elsevier Science B.V., Amsterdam, 2006 [21] X Liu, Z Liu, Existence results for fractional semilinear differential inclusions in Banach spaces, J Appl Math Comput 42 (2013), 171-182 36 [22] F Mainardi, Fractional Calculus and Waves in Linear Viscoelasticity, Imperial College Press, 2010 [23] A Ouahab, Fractional semilinear differential inclusions, Comput Math Appl 64 (2012), 3235-3252 [24] K.S Miller and B Ross, An Introduction to the Fractional Calculus and Fractional Differential Equations, A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1993 [25] J Sabatier, O P Agrawal and J A Tenreiro Machado (edited), Advances in fractional calculus Theoretical developments and applications in physics and engineering Springer, Dordrecht, 2007 [26] R Sakthivel, R Ganesh, S.M Anthoni, Approximate controllability of fractional nonlinear differential inclusions, Appl Math Comput 225 (2013), 708-717 [27] R Sakthivel, Yong Ren, N.I Mahmudov, On the approximate controllability of semilinear fractional differential systems, Comput Math Appl 62 (2011), 1451-1459 [28] D Shantanu, Functional fractional calculus Second edition SpringerVerlag, Berlin, 2011 [29] I Podlubny, Fractional Differential Equations An Introduction to Fractional Derivatives, Fractional Differential Equations, to Methods of Their Solution and Some of Their Applications Academic Press, 1999 [30] R Triggiani, On the stabilizability problem in Banach space, J Math Anal Appl 52 (1975) 383-403 [31] R.N Wang, D.H Chen, T.J Xiao, Abstract fractional Cauchy problems with almost sectorial operators, J Differential Equations 252 (2012), 202-235 [32] J Wang, Y Zhou, Existence and controllability results for fractional semilinear differential inclusions, Nonlinear Anal.: Real World Applications 12 (2011), 3642-3653 [33] Y Zhou, F Jiao, Existence of mild solutions for fractional neutral evolution equations, Comput Math Appl 59 (2010), 1063-1077 37

Ngày đăng: 24/08/2016, 12:47

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan