Luận văn Thạc sĩ Toán học: Sự dao động của nghiệm cho phương trình vi phân bậc một

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

62
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Toán học: Sự dao động của nghiệm cho phương trình vi phân bậc một nêu lên sự dao động của nghiệm, khảo sát sự dao động của nghiệm cho phương trình vi phân không tuyến tính trung hòa đối số lệch bậc một.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Toán học: Sự dao động của nghiệm cho phương trình vi phân bậc một

THƯ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỐ CHÍ MINH Vũ Thị Lệ Thủy SỰ DAO ĐỘNG CỦA NGHIỆM CHO PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN BẬC MỘT Chuyên ngành: Toán Giải Tích Mã số: 60 46 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN ĐÌNH THANH Thành phố Hồ Chí Minh – 2010
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS. TS. Lê Hoàn Hóa và Thầy TS.Trần Đình Thanh đã tận tình hướng dẫn cho tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin cảm ơn các Thầy Cô khoa Toán – Tin học Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy tôi từ ngày đầu tiên vào trường Sư phạm cho đến khi tôi học Cao học. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn qúy Thầy Cô đã tham gia giảng dạy lớp Cao học Giải Tích khóa 18. Tôi cũng gởi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, khoa Khoa Học Cơ Bản Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong công tác để tôi có thể yên tâm tham gia đầy đủ khóa học. Tôi xin cảm ơn Khoa Toán – Tin học và Phòng KHCN&SĐH Trường Đại học Sư phạm TP.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khóa học và hoàn thành luận văn Cao học . Sau cùng, tôi xin cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp, các bạn học viên lớp Cao học Giải tích K.18 đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt khóa học. TP. Hồ Chí Minh, Tháng 8 năm 2010 Vũ Thị Lệ Thủy
MỞ ĐẦU Trong thời đại khoa học công nghệ, khoa học sinh học phát triển nhanh chóng như hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu cho thấy những ứng dụng quan trọng của phương trình vi phân đối số lệch vào các lãnh vực vật lí, sinh học, sinh thái học và sinh lí học. Nhiều nhà toán học trên thế giới đã và đang tiếp tục nghiên cứu nhiều về phương trình vi phân đối số lệch. Đặc biệt, quan tâm nghiên cứu sự dao động của nghiệm cho phương trình vi phân bậc một. Trên tinh thần tìm hiểu rõ hơn về vấn đề dao động của nghiệm cho phương trình vi phân trung hòa đối số lệch bậc một loại tuyến tính và không tuyến tính, tôi chọn đề tài này làm nội dung nghiên cứu của luận văn nhằm học tập và phát triển đề tài theo hướng nghiên cứu trên. Luận văn đi sâu vào nghiên cứu hai trong những hướng cơ bản của Lý thuyết định tính phương trình vi phân có nhiều ứng dụng trong thực tiễn, đó là sự dao động và tính ổn định của nghiệm cho phương trình vi phân trung hòa đối số lệch bậc một loại tuyến tính và không tuyến tính. Luận văn gồm có ba chương. Chương 1, trình bày một số kết quả về sự dao động của nghiệm cho phương trình vi phân đối số lệch bậc một: n d dt x(t ) +  P (t ) x(t  a ) i 1 i i = 0. trích từ bài báo 1 Chương 2 của luận văn, khảo sát sự dao động của nghiệm cho phương trình vi phân không tuyến tính trung hòa đối số lệch bậc một: d  x(t )  px(t  a) + Q(t) f(x(t - b)) = 0, t  t0 dt trích từ bài báo  2 . Chương 3 của luận văn, trình bày một số kết quả về tính ổn định của nghiệm cho phương trình vi phân tuyến tính trung hòa đối số lệch bậc một: d  x(t )  P(t ) x(t  a) + Q(t) x(t- b) = 0, t  t0 dt trích từ bài báo 3 .
Trong luận văn một số kết quả được sử dụng sẽ được phát biểu dưới dạng định lí hoặc bổ đề và không chứng minh.
CHƯƠNG 1. SỰ DAO ĐỘNG CỦA NGHIỆM CHO PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CẤP MỘT Xét phương trình vi phân đối số lệch cấp một: x ' (t ) + P(t)x(t - a) = 0 (1.1) trong đó: i) P(t)  0, là hàm liên tục ii) a: là hằng số dương Hay tổng quát hơn: n x ' (t ) +  P (t ) x(t  a ) i 1 i i =0 (1.2) trong đó: i) Pi (t )  0 là những hàm liên tục, với i 1, n ii) ai là những hằng số dương, với i 1, n  Với một nghiệm của phương trình (1.1) (hay (1.2)), chúng ta có một hàm x  C t   ,   ,  , với    a ( hay   maxai  ), t  t . 1in Nghiệm của phương trình (1.1) (hay (1.2)) được gọi là dao động nếu nó có vô số không điểm . Chúng ta sẽ thiết lập những điều kiện cho sự dao động của nghiệm cho phương trình vi phân (1.1) (hay (1.2)). 1.1. Những bổ đề. Bổ đề 1.1: Nếu t  ai lim sup t   t Pi ( s )ds  0 với i nào đó và x(t) là một nghiệm dương của phương trình (1.2) thì x(t  ai ) lim inf  (1.3) t  x(t ) Chứng minh. tk  ai Theo giả thiết, tồn tại hằng số dương d và dãy tk  sao cho: tk   , khi k   và  Pi ( s)ds  d tk , k = 1,2,…
lúc đó, tồn tại bi  (tk , tk  ai ) , với mỗi k có: bk d  P (s)ds  2 tk i và (1.4) tk  ai d  tk Pi ( s )ds  2 Theo cách viết khác, từ phương trình (1.2) kéo theo: x ' (t )  Pi (t ) x(t  ai )  0 (1.5) Lấy tích phân trong (1.5) trên đoạn tk , bk  và đoạn bk , tk  ai  , ta có: bk x(bk )  x(tk )   Pi ( s ) x( s  ai )ds  0 (1.6) tk và tk  ai x(tk  ai )  x(bk )  bk  Pi ( s  ai )ds  0 (1.7) Bỏ qua số hạng đầu tiên trong (1.6) và (1.7), bằng việc sử dụng tính giảm của hàm x(t) và từ (1.4), ta có: d d  x(tk )  x(bk  ai )  0 và  x(bk )  x(tk )  0 2 2 hay 2 x(bk  ai )  d    x(bk ) 2 Từ đó, dẫn tới: x(t  ai ) lim inf  t  x(t ) Bổ đề được chứng minh. Bổ đề 1.2: Nếu phương trình (1.2) có một nghiệm dương, khi đó: t  ai  t Pi ( s )ds  1 , i =1,2,…,n (1.8) Chứng minh. Xem chứng minh của định lí 2.1.3 trong  4 1.2. Các kết quả cơ bản.
Định lí 1.1. t a Giả sử  P( s)ds  0 t , t  t0 , với t0  0 và   t a  t P(t ) ln  e t P(s)ds  dt   (1.9) 0 Khi đó mọi nghiệm của phương trình (1.1) dao động. Chứng minh. Bằng phương pháp phản chứng, giả sử phương trình (1.1) có nghiệm dương x(t), rõ ràng x(t) có thể đơn điệu giảm. x ' (t ) Đặt :  (t )   , khi đó với t đủ lớn thì hàm số  (t ) không âm, liên tục x(t ) t và x(t) = x(t1 ) exp(   ( s)ds) , x(t1 )  0 , với t1  t0 t1 Hơn nữa  (t ) thỏa: t  (t )  P(t ) exp(   ( s )ds ) (1.10) t a Áp dụng bất đẳng thức ln(er ) e rx  x  , với x > 0 và r > 0 r Như vậy: t 1 A(t ) t a  (t )  P (t ) exp( A(t ). .  ( s )ds )  1 t ln(eA(t ))   P(t )    A(t ) t  a  ( s)ds  A(t )   trong đó t a A(t )   P(s)ds t Dẫn đến: t a t t a  (t )  P( s )ds  P(t )   ( s )ds  P(t ) ln(e  P( s )ds ) (1.11) t t a t Khi đó với N >T, ta có:
N t  a  N  t  N t a   (t )   P(s)ds dt   P(t )    (s)ds  dt   P(t ) ln(e  P(s)ds)dt T  t  T t a  T t (1.12) Do: N t N T  sa   P(t )   (s)dsdt  T t a  T   P(t ) ( s )dt ds  s  N a sa =  T  ( s )  P(t )dtds s N a t a =  T  (t )  P( s )dsdt t (1.13) Từ (1.12) và (1.13) dẫn đến: N t a N t a  N a  (t )  P( s)dsdt   P(t ) ln(e  P ( s )ds )dt t T t (1.14) Theo bổ đề 1.2, ta có: t a  P(s)ds  1 t (1.15) Từ (1.14) và (1.15), dẫn đến: N N t a N a   (t )dt   P(t ) ln(e  P ( s )ds )dt T t hoặc N t a x( N  a ) ln   P (t ) ln(e  P ( s )ds )dt (1.16) x( N ) T t Từ (1.9), ta có: x(t  a) lim  (1.17) t  x(t ) Theo cách viết khác, từ (1.9) dẫn tới tồn tại một dãy tn  : tn   , khi n   mà tn  a 1  tn P( s)ds  , n e Khi đó theo bổ đề (1.1), ta phải có: x(t  a) lim inf  t  x(t ) Điều này mâu thuẫn với (1.17). Định lí được chứng minh. Định lí 1.2.
Giả sử an  max a1 , a2 ,..., an  Với giả thiết n t  ai i 1 Pi ( s )ds  0, t  t0 , với t0 > 0 t và t  an lim sup t   t Pn ( s )ds  0 (1.18) Nếu   n i   t a  n    Pi (t )  ln  e    i 1 t  Pi ( s ) ds   dt   (1.19) t0  i 1  Khi đó mọi nghiệm của phương trình (1.2) dao động. Chứng minh. Bằng phương pháp phản chứng, giả sử phương trình (1.2) có một nghiệm dương x(t) và x(t) có thể đơn điệu giảm. Đặt: x ' (t )  (t )   x(t ) Khi đó,  (t ) không âm, liên tục và tồn tại t1  t0 , sao cho: x(t1 )  0 Như vậy:  t  x(t )  x(t1 ) exp     ( s )ds   t   1  n  t   (t )   Pi (t ) exp   t a Hơn nữa  (t ) thỏa:  ( s ) ds   i 1  i  Nếu đặt: n t  ai B (t )    Pi ( s )ds i 1 t Áp dụng bất đẳng thức ln(er ) e rx  x  , với x> 0 và r > 0 r Ta tìm thấy: n  1 t   (t )   Pi (t ) exp  B(t ). B(t ) t ai  ( s ) d s    i 1  
n  1 t (eB(t ))    Pi (t )    ( s ) ds  ln  i 1  B(t ) t  ai B(t )  hay  n t  ai  n t  n   n i t a     Pi ( s )ds   (t )   Pi (t )   ( s)dsdt    Pi (t )  ln  e  Pi ( s )ds  (1.20)  i 1 t  i 1 t  ai  i 1   i 1 t  Khi đó với N > T, ta có: N  n t  ai  n N t     i  (t )dt -  T  i 1 t P ( s )ds   P (t )   (s)dsdt  i  i 1 T t  ai   n i  N t a  n     Pi (t )  ln  e  Pi ( s )ds  dt (1.21) T  i 1   i 1 t   Do: N n t n N  ai  s  ai    P (t )   (s)dsdt    i   Pi ( s ) ( s )dt ds T i 1 t  ai i 1 T  s  n N  ai t  ai =   i 1  (t )  Pi ( s )dsdt (1.22) T t Từ (1.21) và (1.22), ta có:   n i  N t  ai N t a n  n   (t )  Pi ( s )dsdt     Pi (t )  ln  e  Pi ( s )ds  dt   i 1 t  (1.23) i 1 N  ai t T  i 1  Mặt khác theo bổ đề 1.2, ta có: t  ai  t Pi ( s )ds  1 , i =1,2,…,n (1.24) Khi đó, do (1.23) và (1.24), ta có:   n i  N N t a n  n    (t )dt     Pi (t )  ln  e  Pi ( s )ds  dt   i 1 t  i 1 N  ai T  i 1  Hay   n i  N t a n x( N  ai )  n  ln x(t )     Pi (t )  ln  e  Pi ( s)ds  dt   i 1 t  (1.25) i 1 T  i 1  Trong (1.20), ta có: n x(t  ai ) lim   (1.26) t  i 1 x(t ) Từ đó, suy ra: x(t  an ) lim  (1.27) t  x(t )
Mặt khác theo bổ đề 1.1, ta có: x(t  an ) lim inf  t  x(t ) Điều này mâu thuẫn với (1.27). Từ đó, định lí được chứng minh. Hệ quả 1.1. Nếu n t  ai 1 lim inf   Pi ( s )ds  (1.28) t  i 1 t  Khi đó mọi nghiệm của phương trình (1.2) dao động. Chứng minh. Giả sử a1  a2  ...  an Khi đó, từ (1.28) có m thỏa: 1  m  n sao cho t  am lim sup t   t Pm ( s )ds  0 (1.29) và m 1 lim inf  Pi ( s )ds  (1.30) t  i 1  Giả sử phương trình (1.2) có nghiệm dương x(t). Khi đó x(t) cũng là nghiệm dương thỏa mãn bất đẳng thức m x ' (t )   Pi (t ) x(t  ai )  0 (1.31) i 1 Theo bất đẳng thức 3.2.2 trong 5 , ta biết phương trình n y ' (t )   Pi (t ) y (t  ai )  0 (1.32) i 1 có nghiệm dương thực sự. Mặt khác, từ (1.29) ta có với, to  0 thì:   m i   t a  m t   Pi (t )     Pi ( s)ds dt   ln  e   i 1 t (1.33) 0 i 1  Theo định lí 1.2, mỗi nghiệm của phương trình (1.32) dao động Điều này vô lí. Từ đó, hệ quả được chứng minh.
CHƯƠNG 2. SỰ DAO ĐỘNG CỦA NGHIỆM CHO PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN KHÔNG TUYẾN TÍNH TRUNG HÒA ĐỐI SỐ LỆCH Xét phương trình vi phân trung hòa đối số lệch không tuyến tính ( x(t )  px(t  a))'  Q(t ) f ( x(t  b)) = 0 (2.1) trong đó i) p   , a và b là những hằng số dương. ii) Q  C t0 ,   ,  0,    . iii) f :    là một hàm thực liên tục và thỏa u.f(u) > 0 với u  0.và có một hằng số dương M f (u ) sao cho  M  0 với  là một tỉ số của những số nguyên dương lẻ. u Đặt r  max a, b và T  t0 . Ta nói một hàm thực liên tục x: T  r ,     là một nghiệm của phương trình (2.1) nếu hàm x(t) + px(t - a) khả vi liên tục với t  T và x thỏa (2.1) với mọi t  T . Nghiệm của phương trình (2.1) được gọi là dao động nếu nó có vô số không điểm. Trong trường hợp ngược lại, nghiệm được gọi là không dao động. 2.1. Các kết quả cơ bản. Bổ đề 2.1. (Xem chứng minh ở chương 1). Cho phương trình n x (t )   Pi (t ) x(t  ai )  0 ' i 1 trong đó Pi (t )  0 là những hàm liên tục và ai là những hằng số dương. Hàm x  C (t0   ,   ,   max ai  được gọi là nghiệm của phương trình nếu x(t) thỏa phương 1 i  n trình với mọi t  t0 . Nếu t  ai lim sup t  t Pi ( s )ds > 0 và x(t) là một nghiệm dương của phương trình thì x(t  ai ) lim inf  t x(t ) với i nào đó. Bổ đề 2.2. Giả sử b > a, p  1,   ,  =1 và
t b  a lim sup t  t Q( s )ds > 0 ( 2.2) Nếu x(t) là một nghiệm dương bất kì của phương trình (2.1),thì z (t  b  a ) lim inf  (2.3) t  z (t ) trong đó z(t) = x(t) + px(t - a) Chứng minh. Từ giả thiết ta có z(t) > 0, và từ phương trình (2.1) ta thấy z(t) là hàm giảm. Mặt khác: px(t-a) = z(t) – x(t) (2.4) và z(t + a) = x(t +a) + px(t) Do z(t) là hàm giảm nên ta có: z(t) > z(t + a)  px(t) Từ (2.4) ta thu được: p 2 x(t  a )  pz (t )  z (t ) Vì thế p 1 x(t – a)  z (t ) p2 hay p 1 x(t - b)  z( t + a - b) (2.5) p2 Từ (2.1) và (2.5), ta có: M ( p  1) z ' (t )  Q(t ) z (t  a  b)  0 (2.6) p2 Kết hợp với bổ đề 2.1, bổ đề được chứng minh. Bổ đề 2.3. Giả sử b > a, p  1,   ,  =1. Nếu phương trình (2.1) có nghiệm dương tùy ý, thì t b  a p2  t Q( s )ds  M ( p  1) (2.7) với t đủ lớn. Chứng minh.
Bằng phương pháp chứng minh tương tự bổ đề 2.2, ta có bất đẳng thức (2.6), đó là: M ( p  1) z ' (t )  Q(t ) z (t  a  b)  0 p2 Lấy tích phân 2 vế của (2.6) từ t đến t + b – a và dùng tính biến thiên của hàm z(t), ta có:  M ( p  1) t b  a  z (t  b  a)    p2 t Q ( s ) ds  1  z (t )  0  (2.8) vì z(t) > 0, nên từ (2.8) kéo theo t ba M ( p  1) p2  t Q( s )ds  1  0 (2.9) với t đủ lớn. Vậy: t b  a p2 t Q( s )ds  M ( p  1) Bổ đề được chứng minh. 2.2. Những kết quả về sự dao động. Định lí 2.1. Giả sử b > a, p  (1, ),   1 và (2.2) thỏa. Nếu   eM ( p  1) t  b  a  t Q (t )  ln(  p 2 )  Q( s)ds dt   t  (2.10) 0 Khi đó mọi nghiệm của phương trình (2.1)dao động. Chứng minh. Bằng phương pháp phản chứng, giả sử phương trình (2.1) có nghiệm dương x(t). Đặt z(t) = x(t) + px(t-a) Khi đó z(t) dương và giảm, thỏa mãn bất đẳng thức: M ( p  1) z ' (t )  Q(t ) z (t  a  b)  0 (2.11) p2 Đặt z ' (t )  (t )   z (t ) Khi đó,  (t ) liên tục và không âm, vì thế tồn tại t1  t0 với z (t1 )  0 sao cho:  t  z (t )  z (t1 ) exp     ( s )ds   t   1 
Hơn nữa  (t ) thỏa: M ( p  1)  t   (t )  2 Q(t ) exp    ( s )ds  (2.12) p  t  a b  Áp dụng bất đẳng thức: ln(re) erx  x  , với x > 0 và r > 0 r Từ (2.12), ta có: M ( p  1)  1 t  A(t ) t  a b  (t )  Q (t ) exp  A(t ). .  ( s ) ds  p2   M ( p  1)  1 t ln(eA(t ))   p2 Q (t )    A(t ) t  a b  ( s ) ds  A(t )   trong đó chọn t b  a M ( p  1) A(t) = P2  t Q ( s )ds Dẫn đến t b  a t  eM ( p  1) t b  a   (t ) t Q( s )ds  Q(t )  t  a b  s)ds  Q(t ) ln   p 2  t Q( s )ds   Khi đó với u > T+b – a, ta có: u  t ba  u  t    (t )  T   t Q( s )ds dt   Q(t )    ( s )ds  dt   T  t  a b  u  eM ( p  1) t b  a    Q(t ) ln  2  Q( s )ds  dt (2.13) T  p t  Mặt khác: u t u  a b  t b  a   Q(t ) T  t  a b  ( s)dsdt   T  (t )    t Q( s )ds  dt  (2.14) Từ (2.13) và (2.14), dẫn đến: u  t b  a  u  eM ( p  1) t b  a   u  a b  (t )    t Q( s )ds  dt   Q(t ) ln   T  p 2  t Q ( s ) ds   dt (2.15) Áp dụng bổ đề 2.3, ta có: u M ( p  1) u  eM ( p  1) t  b  a   u  a b  (t ) dt  p2  T Q (t ) ln   p2 t Q ( s ) ds dt  hay
z (u  a  b) M ( p  1) u  eM ( p  1) t  b  a  ln z (u )  p 2  T Q (t ) ln   p 2  t Q( s )ds  dt  Theo (2.10), ta phải có z (t  a  b) lim  (2.16) t  z (t ) Điều này mâu thuẫn với (2.3). Định lí được chứng minh. Định lí 2.2. Giả sử b > a, p  (1, ),   1 , và tồn tại một hằng số k > 0 sao cho t 1 e t b a  Q( s )ds  k (2.17) Khi đó mọi nghiệm của phương trình (2.1) dao động. Chứng minh. Tương tự như chứng minh của định lí 2.1, ta đặt z(t) = x(t)+ px(t-a), có z(t) là một hàm dương, giảm và thỏa mãn (2.11) Đặt: z ' (t )  (t )   z (t ) Ta có bất đẳng thức: M ( p  1)  t   (t )  2 Q(t ) exp    ( s )ds  p  t  a b  Nếu đặt  t  B(t) = exp  e  Q( s)ds   t  a b  Khi đó bất đẳng thức trên được viết lại: M ( p  1)  B(t ) t  B (t ) (t )  p 2 B(t )Q(t ) exp    B(t ) t  a b  ( s )ds   Áp dụng bất đẳng thức: x x er  1 , với x > 0 và r > 1 r2 Ta thu được: t M ( p  1) B (t ) (t )  Q(t ) p2   (s)ds  Q(t ) A(t ) t  a b
M ( p  1) trong đó A(t )  B(t ) . Khi đó với u > T +b -a, ta có: p2 M ( p  1)   u u t u   (t ) B(t )dt  T Q(t ) p 2  t a b  (s)ds dt  T Q(t ) A(t )dt T (2.18) Do: u t u  a b  t   Q(t )  T t  a b  ( s)dsdt   T  (t )   Q( s)ds   t  a b  (2.19) Từ (1.18) và (1.19) cho ta: u M ( p  1) u  a b  t  u T  (t ) B(t )dt  p 2  T  (t )   Q( s )ds  dt   Q(t ) A(t )dt  t  a b  T và từ đó: u T u   (t ) B(t )dt   T u  a b  (t ) B(t )dt   Q(t ) A(t )dt T (2.20) Do:  t  t B (t )  exp  e  Q( s )ds    Q( s )ds  t  a b  t  a b Mặt khác, vì e  B (t )  k1 , với k1  0 nên từ (2.20) cho ta: u u 1  u  a b  (t )dt   Q(t ) A(t )dt k1 T hay u z (u  a  b) 1 ln   Q(t ) A(t )dt z (u ) k1 T Theo (2.17), ta thấy tích phân ở vế phải của bất đẳng thức trên phân kỳ khi u   Từ đó, ta có: z (t  b  a) lim  t  z (t ) Điều này mâu thuẫn với (2.3) Định lí được chứng minh. Định lí 2.3. Giả sử b > a, p  (1, ),   1 , và tồn tại một hàm khả vi liên tục  (t ) sao cho  ' (t )  0, lim  (t )   (2.21) t 
 ' (t  a  b) 1 lim sup  (2.22) t   ' (t )    p  1  e  ( t )  lim inf  M  2  Q(t ) '   0 (2.23) t    p   (t )  Khi đó mọi nghiệm của phương trình (2.1) dao động. Chứng minh. Tương tự như trong chứng minh của định lí 2.1, ta nhận xét z(t) là hàm giảm, xác định dương và thỏa mãn bất đẳng thức:   p 1  z (t )  M  2  Q(t ) z (t  a  b)  0 ' (2.24)  p  Từ (2.21), (2.22) ta có:  (t  a  b) lim sup 1 (2.25) t   (t ) Từ (2.22) và (2.25), suy ra tồn tại 0< l< 1,   0 , và T  t0 sao cho: (1   ) ' (t  a  b) l  ' (t ) và (2.26) (1   ) (t  a  b) l  (t ) với t  T . Theo (2.23), ta có thể chọn T0  T sao cho:   ( t )  p 1  M  2  Q(t )   ' (t )e 1 (2.27)  p   ( t ) Với t  T0 , đặt P(t) =  ' (t ).e 1 , khi đó P(t) thỏa mãn bất đẳng thức: z ' (t )  P(t ) z (t  a  b)  0 (2.28) thay cho (2.24) (xem 5 ). Ta có z(t+a-b)  z(t). Vì thế: z ' (t )  P(t ) z (t )  z ' (t )  P(t ) z (t  a  b)  0 và z ' (t )   P(t ) z (t ) Lấy tích phân 2 vế của bất đẳng thức trên, ta có: z1 (t )  z1 (T )   khi t   1 Kéo theo z1 (t )  , z (t )  0 . Vì thế tồn tại T1  T0 sao cho
0 < z(t) < 1, z ' (t )  0 với t  T1 Đặt y (t) = - lnz(t), với t  T2  T1  b  a , khi đó y(t) > 0 với t  T2 và (2.28) kéo theo y ' (t )  P (t )e y ( t )  y ( t b  a ) , với t  T2 Phần còn lại của định lí được chứng minh tương tự như định lí 1 trong 5 .
CHƯƠNG 3. TÍNH ỔN ĐỊNH TIỆM CẬN CỦA PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN TUYẾN TÍNH TRUNG HÒA ĐỐI SỐ LỆCH Xét phương trình vi phân tuyến tính trung hòa đối số lệch d  x(t )  P(t ) x(t  a)  Q(t ) x(t  b)  0 , t  t0 (3.1) dt trong đó i) a, b là những số thực dương. ii) P  C t0 ,   ,   , Q  C t0 ,   , 0,    . Định nghĩa 3.1. Nghiệm x0 (t ) của phương trình (3.1) được gọi là ổn định nếu với mỗi   0 và t0    , tồn tại    ( , t0 ) > 0 sao cho với mọi nghiệm của phương trình (3.1) thỏa điều kiện x(t0 )  x0 (t0 )   thì x(t )  x0 (t )   , t  t0 . Định nghĩa 3.2. Nghiệm x0 (t ) của phương trình (3.1) được gọi là ổn định đều nếu với mỗi   0 , tồn tại    ( ) sao cho với mọi nghiệm x(t) của phương trình (3.1) thỏa mãn tại một điểm t0    nào đó điều kiện x(t0 )  x0 (t0 )   thì x(t )  x0 (t )   , t  t0 . Định nghĩa 3.3. Nghiệm x0 (t ) của phương trình (3.1) được gọi là ổn định tiệm cận đều nếu nó ổn định và với mỗi t   , tồn tại    (t0 )  0 sao cho với mọi nghiệm x(t) của phương trình (3.1) thỏa điều kiện x(t0 )  x0 (t0 )   thì lim x(t )  x0 (t )  0, t  t0 . t  Trong chương này ta sẽ thiết lập các điều kiện để nghiệm không của phương trình (3.1) là ổn định đều và tất cả các nghiệm của phương trình đều ổn định tiệm cận. 3.1. Tính ổn định đều và ổn định tiệm cận trong trường hợp P(t) không là hàm hằng. Định lí 3.1. Giả sử P(t )  p, p   0,  và 1  2 t b 1 3 p  ,2p  4  Q(s)ds  2 , t  t t 0 (3.2) hoặc t b 1 1 4  p , 2  Q(s)ds  t 2(1  2 p), t  t0 (3.3) Khi đó nghiệm không của phương trình (3.1) là ổn định đều.