Дифференциальные системы эквивалентные автономным системам с известным первым интегралом (стр. 4 из 4)

Лемма 5. Если

удовлетворяет следующему уравнению в частных производных:

(6), где - правая часть системы (1), первый интеграл (2), то система (1) эквивалентна системе (2), у которой в смысле совпадения отражающей функции.

Доказательство. Умножим (6) на скалярную функцию

, получим:

(7)

Так как

- первый интеграл системы (1), то

(8)

Прибавим (7) к (8) и преобразуем, получим:

. Таким образом, удовлетворяет теореме 1 (если удовлетворяет , то (1) эквивалентно (2) и значит, если , то система (2) эквивалентна системе (1).

Теорема 2

Пусть

первый интеграл системы (1). Если , удовлетворяет уравнению (6), то система (1) эквивалентна системе (2). И если, кроме того (9), где - некоторая функция ( -может равняться const), тогда первый интеграл системы (2) выражается следующей формулой , где и .

Доказательство.

Доказательство 1-й части теоремы прямо

из леммы 3.

Требуется доказать вторую часть теоремы. Найдём производную

в силу системы (2)

и

обозначим её (*).

Выражение в […]=0, так как

-первый интеграл системы (1), (*) преобразуется в следующее выражение

[так как

]= (**)

Так как

удовлетворяет уравнению , то таким образом (**)=0, что и означает, что первый интеграл системы (2). Требование вытекает из леммы 2.

Лемма

Пусть системы

и эквивалентны в смысле совпадения отражающих функций. Пусть их отражающая функция и пусть есть первый интеграл системы , тогда U

,

,

и

.

Доказательство. Возьмём произвольное решение

системы . Покажем, что на нём U обращается в постоянную.

Действительно, т. к.

отражающая функция, то . По определению функции и т. к. первый интеграл системы , то U

.

То, что U

очевидно. Действительно, возьмём любую функцию

. Обозначим по свойству отражающей функции .

Обозначим

, так как только функциям из сопоставляет функции из , то и по определению первого интеграла U отлична от и обращается в только вдоль решений системы . А это и означает, что U – первый интеграл системы .

(U удовлетворяет лемме 2).

Лемма даёт понимание первого интеграла и взаимосвязи первых интегралов возмущённой и не возмущённой систем.

Заключение

В данной работе рассмотрены эквивалентные системы. Сформулирована теорема, которая говорит об эквивалентности систем. Сформулированы и доказаны леммы, которые применяются для доказательства теоремы.

Сформулированы определения дифференциальных систем, эквивалентных систем в смысле совпадения отражающих функций, первого интеграла, определение отражающей функции и общие свойства отражающей функции.

Список использованных источников

1. Мироненко В.И. Линейная зависимость функций вдоль решений дифференциальных уравнений. – Мн., Изд-во БГУ им. В.И. Ленина, 1981, 50 – 51 с.

2. Мироненко В.И. Отражающая функция и периодические решения дифференциальных уравнений. – Мн.: изд-во «Университетское», 1986, 11,17 – 19 с.

3. Мироненко В.В. Возмущения дифференциальных систем, не изменяющие временных симметрий. 2004 г.