Научная статья на тему 'О разрешимости параболической задачи на графе'

О разрешимости параболической задачи на графе Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
118
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
граф / дифференциальное уравнение на графе / фундаментальное решение для уравнения на графе / метод потенциала / graph / the differential equation on the graph / fundamental solution for the equation on the graph / a method of potential

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Кулаев Руслан Черменович

В работе рассматривается начально-краевая задача параболического типа, заданная на геометрическом графе (пространственной сети). Предполагается, что коэффициенты уравнения удовлетворяют на ребрах графа условию Гельдера по пространственной и временной переменным. На границе графа ставятся неоднородные условия первого, второго или третьего рода. В узловых точках графа решение уравнения удовлетворяет условию согласования производных и может иметь разрывы. При этом предполагается, что коэффициенты из условий на границе и в узлах графа удовлетворяют условию Гельдера по временной переменной. Доказывается теорема существования смешанной задачи, дающая представление решения через тепловые потенциалы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

An initial-boundary problem of a parabolic type given on a geometrical graph (a spatial network) is considered. It is supposed that coefficients of the equation satisfy the H.older condition with respect to spatial and time variables on edges of the graph. Non-uniform conditions of the first, second or third kind are set on the boundary of the network. The solution of the equation satisfies the consistency condition for derivatives at nodes of the graph and can be discontinuous. Meanwhile, it is supposed that coefficients from conditions on the boundary and in nodes of the graph satisfy the H.older condition with respect to a time variable. The theorem of existence of a mixed problem is proved. It gives representation of the solution through thermal potentials.

Текст научной работы на тему «О разрешимости параболической задачи на графе»

ISSN 2074-1863 Уфимский математический журнал. Том 2. № 4 (2010). С. 74-84.

УДК 517.955

О РАЗРЕШИМОСТИ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ

НА ГРАФЕ

Р.Ч. КУЛАЕВ

Аннотация. В работе рассматривается начально-краевая задача параболического типа, заданная на геометрическом графе (пространственной сети). Предполагается, что коэффициенты уравнения удовлетворяют на ребрах графа условию Гельдера по пространственной и временной переменным. На границе графа ставятся неоднородные условия первого, второго или третьего рода. В узловых точках графа решение уравнения удовлетворяет условию согласования производных и может иметь разрывы. При этом предполагается, что коэффициенты из условий на границе и в узлах графа удовлетворяют условию Гельдера по временной переменной. Доказывается теорема существования смешанной задачи, дающая представление решения через тепловые потенциалы.

Ключевые слова: граф, дифференциальное уравнение на графе, фундаментальное решение для уравнения на графе, метод потенциала.

В настоящей работе устанавливается разрешимость смешанной задачи на графе для дифференциального уравнения

д2и ди ди

ь— = р(х,г) — + д(х,г) — + о(х,г)и — — = /(х,г), (1)

где (х,г) Є Г х (0,Т] = Гт, Г — геометрический граф [1]. В каждой граничной вершине а графа Г решение уравнения должно удовлетворять условию

ди

а(а,г) — (а,г) + в(а,г) и(а,ї) = Н(а,ї), а Є дГ, г> 0. (2)

дх

А в каждой внутренней вершине а на решение уравнения (1) накладываются |1 (а)| — 1 условий, связывающих значения неизвестной функции, и одно условие согласования

ик(а, г) — ико(а, г) = тк(а,г), к, ко Є I(а),

V ак(а,г)к(а,г) = к(а,г), а Є У,Ь> 0. (3)

дх

кЄЇ(а)

В условиях согласования (3) считаем, что все производные посчитаны в направлении от вершины а.

В начальный момент времени г = 0 ставится условие

и(х, 0) = ф(х). (4)

Случай, когда коэффициенты уравнения (1) и краевых условий (2),(3) не зависят от времени, рассмотрен в работе [2], где показано, что решение смешанной задачи существует, единственно и непрерывно зависит от данных задачи.

Начнем с введения основных понятий и обозначений (например, см. [1]).

R.Ch. Kulaev, About resolvability of a parabolic problem on the graph. © Кулаев Р.Ч. 2010.

Поступила 20 апреля 2010 г.

Под геометрическим графом в настоящей работе понимается одномерное стратифицированное многообразие, вложенное в Мга и обозначаемое через Г. Ребра графа — это пространственные гладкие кривые, не имеющие самопересечений. Вершина графа — точка, являющаяся концом одного или нескольких ребер. Ребра графа и вершины заданы независимо друг от друга, при этом ребра графа обозначаются через 7 или 7к, если они занумерованы, а вершины — через а, аj• или bj (при этом предполагается, что нумерация вершин независима от нумерации ребер).

Считая ребра графа Г занумерованными, обозначим через V множество вершин графа, которые являются концевыми точками двух и более ребер. Такие вершины мы называем внутренними. Вершины графа, не принадлежащие V, будем называть граничными и обозначать их через дГ. Если вершина а является концевой точкой ребра 7к, то будем говорить, что ребро 7к примыкает к вершине а. Множество индексов всех ребер, примыкающих к внутренней вершине а, обозначим I(а). Всюду далее полагаем, что граф Г является конечным и связным множеством в Кга.

Под функцией на графе понимается отображение и : Г ^ С. Через ик будем обозначать сужение функции и на ребро 7к, т. е. ик(х) = и(х) при х Є 7к, ик(х) = 0 при х Є Г\7к. Везде ниже полагаем, что все рассматриваемые функции равномерно непрерывны по переменной х на каждом ребре графа. Множество всех таких функций мы обозначим через С [Г]. Далее, если а — произвольная вершина (граничная или внутренняя) графа Г, то под ик (а) понимается Ііт ик (х), х Є 7к.

х^а

Дифференцирование функций по переменной х Є Г на каждом ребре 7 Є Г осуществляется по параметру, причем подразумевается, что для этого ребро параметризовано в одном из двух возможных направлений.

Под интегралом функции и Є С [Г], взятым по графу Г, понимаем сумму интегралов по всем ребрам графа.

На протяжении всей работы считаем выполненными следующие условия:

(I) Коэффициенты оператора Ь удовлетворяют условиям: р^,с Є С[Гу], р Є С1,1 [Гу],

іп£_ р(х,г) > 0 и, кроме того, для всех (х,г) Є Гу, (х0,г0) Є Гу и 0 < и < 1

(х,£)Є Гт

|р(х,г) — р(хо,*о)| ^ А(|х — хоГ + |г — го|^)

1я(х,г) — q(xо,tо)| < А(|х — хоГ)

|с(х,г) — с(хо,іо)| ^ А(|х — хоГ);

(II) Функции / (х,г) Є С [Гу ], ф(х) Є С 1[Г];

(III) При каждом а Є дГ и V функции а, ак, в, к, тк Є С[0, Т], причем тк удовлетворяют

условию Гельдера с показателем 1 <и ^ 1. Также полагаем, что ак > 0 на [0,Т], а(а,г)-либо равна тождественно нулю, либо а(а, Ї) > 0, в(а, г) ^ 0 на [0, Т] и а2(а, Ї) + в2(а, г) > 0

при а Є дГ, г Є [0,Т]. При этом, если для некоторой вершины а Є дГ будет а(а,ї) = 0, то

считаем, что функция к(а,г) удовлетворяет условию Гельдера с показателем 2 < и ^ 1.

Определение 1. Фундаментальным решением уравнения (1) в Гу назовем функцию Н(х,Р, £,г), определенную для всех (х,ї) Є Гу, (£, т) Є Гу, г> т, которая удовлетворяет следующим условиям:

a) для всех фиксированных (£,т) Є Гу она, как функция (х,ї), х Є Г, т < г ^ Т, удовлетворяет однородному уравнению (1);

b) для каждой функции ф(х) Є С [Г]

Ьт / Н(х,г; С,тУф(С) % = ф(х).

Г

Пусть Ик(х, $,,т) — фундаментальное решение уравнения (1), суженного на цилиндр 7к х [0,Т ] ( см. [3]). Доопределим функции И к на все множество Гу, положив их равными тождественно нулю на Гу \ {7к х [0,Т]}. Тогда фундаментальное решение уравнения (1) можно представить в виде

т

И(х,Ъ С,Т) = ^ Ик(М; £,Т) = г(х,Р, £,т) + го(х,г; £,т),

к=1

где

0,

я(х,г; С,т) = <

ехр(—р(^-хт)°2), ак — х,С — ьк, 1к = [ак,ьк];

0,

х Є 'Ук, С Є к =

Я0(х,Ь; С,т) = J J Я(х,Ь; п,с)Ф(п,а; С,т)йпйа,

т Г

І

Ф(х,г; С,т) = ЬЯ(х,г; С,т) + J ^ ЬЯ(х,Ь; ц,а)Ф(ц,а; С,т)<1ц<1а.

т Г

Из результатов [3] следует, что Ф(х,£; С,т) разлагается в ряд

ф(x, г; ^ т) = ^(ЬЯ^(x, г; & т), и=1

І

где (ЬЯ)1 = ЬЯ и (ЬЯ)и+1 = / / ЬЯ(х,г; п,&)(ЬЯ)и(ц,а; С,т)<іп<іа, а для фундаментального

т Г

решения Н(х,г; С,т), при х и С принадлежащих одному и тому же ребру, имеют место оценки:

С 1

\Н(х,г; С,т)| —

( /. — т )Г їх — СІ 1 2^

(5)

(г — ту ^ — С|1-2м,

дН

~дх (х,Ь;С,т)

- С 1 1 и < < 1

— (г — т у |х — с|2-2^— , 2 <^< .

При этом сужения Нк, , д^2', непрерывны по совокупности переменных (х, г; С, т),

когда х и С изменяются в 7к, к = 1, 2т, и 0 — т < г — Т.

Пусть а Є дГ и V, 7к — некоторое ребро графа Г, примыкающее к вершине а, и <£>к(а,г) Є С[0,Т]. Рассмотрим потенциал простого слоя с плотностью рк

І

ик(х, г,а) = J Нк(х,г; а, т)рк(а,т)<!т, х Є 7к.

о

Согласно [3] имеет место соотношение на скачке

І

дик 1 дНк

Ііт^—(х,г) = —-Рк(х,г) + -г— (х,г; а,т)фк(а,т)йт, х Є 7к.

х^а дх 2 / дх

Обозначим через 7° ограниченную гладкую кривую, содержащую 7к. Применяя теорему

о продолжении непрерывных функций [4, 5], для каждого к = 1, 2т продолжим коэффициенты рк, qk и Ск оператора Ь на множество 7° так, чтобы выполнялись условия (I), и

І

обозначим через И к(х,Ц £,т) фундаментальное решение уравнения (1), суженного на цилиндр х [0, Т]. Тогда фундаментальное решение И(х,Ь; £,т) на Гу можно представить в

т

виде И(х, £; £,т) = ^ Ик(х, £; £, т). При этом для функции И остаются справедливыми все к=1

описанные выше свойства. Более того, в этом случае Ик и определены и непрерывны для х и £ из окрестности каждого ребрау^.

Теорема 1. При условиях (I) - (III) существует решение задачи (1)-(4).

Доказательство. Решение задачи (1)-(4) будем искать в виде

и(х,і) = ^2 ^2 ик(х,і,аз)

аі ЄдГ и V кЄІ(а,) і

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

+ ^ Н(x,t; £ 0)ф(£)ё.£ - ! J Н(х,і; п,аз,т)/(^т)д1£д1'г =

Г 0 г

і

ЕЕ н (х,і; аз,т )^(аз,т)іт + [ Н ^, і; ^ Щ(0^

а^ ЄдГ и УкЄІ(ау) о г

(6)

Н (х,«; п,а, ,т)/(£, т Щіт,

где <^>к С[0,Т] подлежат определению. Подставляя выражение для п(х,Ь) в краевые условия (2), (3), с помощью соотношения на скачке, получаем систему из 2т интегральных уравнений.

Для граничных условий имеем

а(an, і)

к0 (ап, і) +

дНк0 , .

+ а (ап , і) д (ап, і; апі т)

+

дН

в(an, і') Нко (ап, і; ав, т) + a(an, і) ^ (an, і; ав, т)

дх

(ап,і) = Н(ап,і),

в(an, і)Нко (ап,> і; an, т) +

Vко (ап, т)б,т+

^ко (аз,т ^$т+

(7)

где ап Є дГ, 7ко = [ап,а3],

дН в(ап,і)Н (ап,і; С, 0) + а (ап, і) -д^ (ап,і; С, 0)

дН в (ап,і)Н (а,п,і; С,т) + а(а,п,і) дх (ап,і; С,т)

Ф(С Ж -/ (С,т )^(1т.

і

і

2

і

і

Условия непрерывности дают равенства

Ик(ап, Ь; ак, т)<рк(«к, т) + Ик(ап, Ь; ап, т)<рк(ап, т)

йт—

Ико (an, Ь; ако , т)^ко (ако ,т) + Ико (an, Ь; an, т^^ко (an, т)

йт

+Р (ап,Ь) = Гк (ап,Ь),

где

Рк(an,Ь)

Ик(ап,Ь; £, 0) + Ико(«п,Ь; £, 0)

Ф(£Ж —

Ик(оп,Ь; £,т)+

+ Ико (ап ,Ь; £, т)

а условия согласования дают

f (£, т )(1£(1т, ап Е д Г,7к = [ак ,ап],к Е I (оп );

2 ^ ак(ап,Ь')^к(ап,Ь) +

кеТ(ап)

0 к£1(ап)

ак(оп, т) (оп, Ь; ак, т)рк(ак, т) +

где

+ак(оп, т)(оп, Ь; Оп, т)<£к(оп, т)

дИк

йт + Р(ап, Ь) = к(ап, Ь),

Р(оп,Ь)= I ^2 ак(«п,Ь)-И(ап,Ь; £, 0)фк(£)й£—

р к€/(ап)

У ак(ап,Ь)-И(ап,Ь; £,т)f (£,т)й£йт, «п Е V.

(9)

0 р к^1 (ап)

При этом функции Р(ап,Ь) и Р(ап,Ь) непрерывны по Гельдеру с любым показателем V Е (0,1) как сумма функций, непрерывных по Гельдеру ( см. [3]).

В равенствах (7)-(9) все интегральные уравнения, получающиеся из условий (2), (3), не содержащих производную по х функции п(х,Ь), являются уравнениями Вольтерра 1-го рода. Сведем их к уравнениям второго рода. Для этого умножим обе части каждого уравнения 1-го рода на (г — Ь)-1 и проинтегрируем по Ь от 0 до г. Меняя порядок интегрирования по Ь и т, получим, например, для уравнения (8)

И к (ап, г; Ок, т )<рк (ак, т) + И к (ап, г; ап, т )<£к (ап, т)

йт—

(10)

И ко (ап, г; ако ,т )^ко («ко ,т) + И ко (ап ,г; Оп, т )^ко («п, т)

йт = Як (ап,г);

где

И к (ап,г; ак, т )= (г — Ь) 2 Ик (ап,Ь; ак ,т )йЬ

Ъ

Ъ

Ъ

г

г

г

Як (ап, г) = j (г — Ь) 2 [г к (ап,Ь) — Р (оп,Ь)]йЬ = j (г — Ь) 2 Як (ап,Ь)йЬ.

00 Из определения функций И(х,Ь; £,т) и X(х,Ь; £,т) следует, что

тг ( \ I0, к =п;

Ик(«п,г;ак,г) = < г~<----\ ;

[ 2УРк(«п, г), к = п.

В силу условий (1)-(Ш), мы можем применить в равенстве (10) следущую лемму работы

[6]:

Лемма 1. Если функция f (Ь) удовлетворяет условию Гельдера с показателем V, 1 < V ^ 1, то функцию

Ъ

Я(Ь) = J (Ь — в)-2 f (в)йв

а

можно дифференцировать по Ь, причем

Ъ

Я>(Ь) = f (Ь)(Ь — а)-2 +1 [(Ь — в)-2 и(Ь) — f (в))йв.

Дифференцируя (10) в точке г = і, получим

+

_1— 1 [' _з — —

і 2 Як(ап,і) + 2 (і - в) 2 (Як(ап,і) - Як(ап,т))(1т =

0

2 (/’ркіап,і}^к (ап,і) ^ко (ако ,т)) +

дН к, ч / ч дН к, ч , ч

——(ап,і; ак,т)^к(ак,т) + ——(ап,і; а,п,т)<рк(ап,т) ді ді

вт—

(11)

дН

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ко

дН

(ап,і; ако,т)<Рко(ако,т) + (ап,і; ап,т)^ко(ап,т)

ді

вт.

Если в каком-нибудь из условий на границе а(ап,і) = 0, то аналогично можно показать, что соответствующее интегральное уравнение приводится к виду:

і

Г1 р(і) + 2 J(і - в)-22 (р(і) - р(т))вт =^2- /Рко (ап,і)¥ко (ап,і) +

0 (12)

+

дНко (ап,і; as,т)ірко(аз,т) + (ап,і; а,п,т)^ко(ап,т)

ді

ді

вт

Таким образом, система уравнений (7)-(9) сводится к системе интегральных уравнений Вольтерра 2-го рода (7) (или (12)), (9), (11).

Покажем, что систему уравнений 2-го рода можно записать в виде

і

Ф(і) = ц,(і) + ! N(і,т)Ф(т)вт, (13)

0

і

і

где

Ф(і)

( Фі(і) \ ф2(і)

у ф2т(і') у

^(і) — вектор-столбец, N(і,т) = \\Nji(і,т)|| — матричная функция, і,і = 1, 2т.

Пусть ап Є V, I(ап) = {к0, к\,... , к3}. С вершиной ап будет связано в уравнений вида

^ фко (ап, і) ^

(13) и одно уравнение вида (9). Обозначим через Ф(ап,і) вектор-столбец фкі (ап,і

через Ф(ап ,і) — вектор-столбец

\ фке (ап,і)

, где ако, ак1,... , ака — вершины, смежные с

\ <Ркв (ак,,Ь)

ап. Тогда систему из в уравнений, связанных с вершиной ап, можно записать в матричной форме

Ъ

1 Л(ап,Ь)^(ап,Ь) = М(ап,Ь)+ I Я\(Ь,т)^(ап,т) + N2(Ь,т)Ц(ап,т)йт, (14)

где А(ап, і) — матрица вида

( л/прко(ап,і) -\!пркі (ап,і)

л/прко (ап, і) 0

л/прко (ап,і) \ ако (ап, і')

0

акі (an, і')

-\/прк2 (ап, і)

0

ак2 (an, і')

0

0

-\!пРке (ап, і)

ака (an, і') )

Поскольку веіА(ап,і) = ^ акі(ап, і)л/прко(ап, і) = 0, то матрица А(ап,і) обратима.

ІЄІ(ап)

Умножая обе части системы (14) на А-1(ап,і), и переобозначая неизвестные функции, получим систему интегральных уравнений вида (13).

Рассмотрим теперь случай ап Є дГ. Здесь мы имеем уравнение либо вида (7), либо вида

(11), которые, с учетом условий (I) и (III), легко разрешаются относительно <фко(ап,і).

Покажем теперь, что система (13) имеет непрерывное ограниченное решение, представимое в виде

І

Ж р

Ф(і) = »(і) + Е (і, т)^(т)вт,

Пі(і,т) = N (і, т),

где

Пи (і,т)

N (і,п)Ки-і(п,т )вп.

Оценим порядок особенностей ядра N(Ь,т) интегрального уравнения (13). Заметим, что функции Nji(Ь,т) являются линейными комбинациями функций И к (ап,Ь; а^ ,т),

^(ап,і; аз,т), и ^(ап,і; аз,т). Оценки для Нк(ап,і; аз,т) и ^(ап,і; аз,т) даются в (5), поэтому остается оценить (ап, і; аз, т).

0

і

0

Имеем

___ Ъ

-и — г 1

— (а, Ь; Ь, т ) = — (Ь — в) 2 И (а, в; Ь,т )йв =

Т

Ъ

— ['

= — (Ь — в)-2X(а, в; Ь, т)йв+

Т

Ъ в

+— I(Ь — в)-2 11 X(а, в; п, а)Ф(п, о; Ь, т)й^йайв =

т 0 Г

= 11 + ^,

Оценим сначала интеграл 11. Для этого применим следующую лемму (см. [6]):

Лемма 2. Если функция f (Ь) удовлетворяет условию Гельдера с показателем V,

1 < V ^ 1, то функцию

Ъ

Я(Ь) = ! (Ь — в)-1 (в — т)-1 f (в)йв

Т

можно дифференцировать по Ь, причем

Имеем

Ъ

Я(Ь) = 1 [(Ь — в)-3 (в — т)-2 (1’(Ь) — f (в))йв.

г — ((Ь )-2 , )-2 /Р(Ь,т) ( Р(Ь,Ь)(а — Ь)2 \а

11 = т](Ь — в) 2 (в — т) 2~2-— ехр{ — 4(в — г) ) йв =

Т

_ \/р(ь,т)

2п

Ъ

[ (ь — в)-2 (в — т)-2 х

X

р(Ь,Ь)(а — Ь)2\ ( р(Ь,Ь)(а — Ь)2

ехр------------77---------ч-- — ехр ■ —

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

йв.

4(Ь — т) ) 4(в — т)

Если а = Ь, то, очевидно, 11 = 0. Рассмотрим случай, когда а = Ь. По теореме о среднем,

р(Ь,Ь)(а — Ь)2 ' ( р(Ь,Ь)(а — Ь)2'

поэтому

еХН — 4(Ь — т) ) — “Ч " 4(в — т)

1

= - J(в — т + 9(Ь — в))-2(Ь — в)р(Ь, т)(а — Ь)2х

0 ( '

„ ( Р(Ь,Ь)(а — Ь)2 '

х ехр ——--------------—--------— ав,

V 4(в — т + в(Ь — в)))

,______ 1 Ъ

г = /р(Ь,т) 1 Ъ (Ь в)-2 (в т)-1 Р(Ь,Ь)(а — Ь)2 „

11 = ~2^1 ,1(г — в 2 (в — т) 2 4(в — т + в(Ь — в))2 х

^ ( Р(Ь,Ь)(а — Ь)2 '

х ехр ——---------------—------— авав.

V 4( в — т + в(Ь — в)))

Применяя неравенство

z exp(-z) ^ 2e 2 exp(—-), 0 ^ z < +to,

получим

1 t

1 , si

Так как

I1 ^ Cj J (t — s) 2 (s — т) 2 (s — т + O(t — s)) 1x

0 т

( p(b,t)(a — b)2 \ddO

x exp----------------------—---------— dsdO.

PV 8(s — т + O(t — s))J

t — т ^ s — т + O(t — s) =

= (s — т + O(t — s))v((s — т)(1 — 0) + O(t — т))1 v ^ (15)

^ (s — т)v(t — т)1 -vO1 -v, то, используя сначала правую часть неравенства (15), а затем левую, найдем при 0 < v < 2

^ ( Р(Ь,т )(a — b)2 \ 1

л <C «p(— -т г-x

1 t

x [ Ov-1dO t (t — s)-1 (s — т)-1 -vds = —— exp( — р(ь,т)a bb

J J t — т \ 8(t — т)

Наконец неравенство

U - ( Р(Ь,т)(а — b)2\ / и\-2и ,и -

(t — т) exp[-------8{t—r)-) ^ C (а — b) p(b, т)

дает оценку

11 ^ (—гГ* , v € (° 0 ■ (16)

Рассмотрим теперь интеграл

t

д f

h = dt (t — s)-1 Zo(a, s; b, т)ds.

Применяя к 12 лемму 1, получим

_1 1 fl _3

12 = Zo(a,t; b, т)(t — т) 2 +- (t — s) 2 Zo(a,t; Ь,т) — Zo(a,s; Ь,т)

2

т

ds.

С помощью рассуждений, аналогичных проведенным в работе [7], можно показать, что при фиксированных (£,т) объемный потенциал Х0(х,Ь; £,т) непрерывен по Гельдеру на каждом множестве 7к х [0,Т] по переменной Ь с любым показателем V Е (0,1). Поэтому, с учетом определения параметрикса X, имеем оценку

Ъ

С1 _ Л .3 ^ С1 (1

Г2 ^ -------“Г + С2 (Ь — в) 2 +!Уйв ^ --------Г , Е (2, 1 ). (17)

(Ь — т)2 ] (Ь — т)2 \2 /

Т

Если в формуле (16) положить V = | ,то из оценок (5), (16) и (17) следует, что ядро N(Ь, т) системы (13) имеет особенность вида

\N(Ь,т)\ < т,—^Г-^.

1 1 (Ь — т) 1 2

Поэтому для решения системы (13) применим обычный метод последовательных приближений, откуда следует существование непрерывного и ограниченного решения Ф(Ь) системы.

Таким образом, если в формуле (7) в качестве (а^ ,Ь) взять компоненты решения Ф(Ь),

то функция и(х,Ь) будет удовлетворять всем условиям (2), (3). То, что и(х, Ь) удовлетворяет уравнению (1), следует из равенства ЬИ = 0 и следующего результата (см. [3]):

Теорема 2. Если функция f (х,Ь) непрерывна на [а,Ь] х [0,Т] и локально непрерывна по Гельдеру по переменной х Е (а,Ь), равномерно по Ь, то функция

I ь

W (x,t)

H (x,t;С,т )f (С,т )dCdT

Оа

будет непрерывной функцией в [а,Ь] х [0,Т], а будут непрерывны при

х Є [а,Ь], ї Є (0,Т], и ЬШ(х,ї) = —/(х,ї).

Остается доказать, что п(х,і) удовлетворяет начальному условию (4). Полагая в формулах (5) ^ Є (1,1), получим

H (x,t;С,т )f (С,т )dC^

Ог

C

Ог

dC

(t — т )-\x — С\1-2-

J (t — т)- J \x — CI1 2-

Ог

(t — т )-

H(x, t; aj, т)<p(aj, т)dт

dт (t — т )-

\x — aj\2--1 ^

(t — т))

Из последних неравенств и определения фундаментального решения H(x,t; С,т) имеем

limu(x,t) = lim H(x,t; С, 0)^(C)dC = ф(x).

Теорема доказана.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Покорный Ю.В., Пенкин О.М., Прядиев В.Л., Боровских А.В., Лазарев К.П. Дифференциальные уравнения на геометрических графах. М.: Физматлит, 2007. 272 с.

2. Кулаев Р.Ч. Метод конечного интегрального преобразования для параболической задачи на графе // Сибирский математический журнал. Т. 50, вып. 2. 2009. С. 350-355.

3. Фридман А. Уравнения с частными производными параболического типа. М.: Мир, 1969. 272 с.

4. L.M. Graves, The theory of functions of real variables. McGraw-Hill, 1956. 308 p.

t

t

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

t

t

t

t

5. Гилбарг Д., Трудингер Н. Эллиптические дифференциальные уравнения с частными производными второго порядка. М.: Наука, 1989. 464 с.

6. Камынин Л.И. О существовании решения краевых задач для параболического уравнения с разрывными коэффициентами // Известия академии наук СССР (сер. матем.). Т. 28. C. 721-744.

7. W. Pogorzelsky, Proprietes des integrales de I’equation parabolique normale // Annales polonici mathematici. V. 4. 1957. P. 61-92.

Руслан Черменович Кулаев

Южный математический институт ВНЦ РАН,

ул. Маркуса, 22,

362027, г. Владикавказ, Россия E-mail: [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.