Научная статья на тему 'Оптимальное управление решениями начально-конечной задачи для одной эволюционной модели'

Оптимальное управление решениями начально-конечной задачи для одной эволюционной модели Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
57
8
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ / НАЧАЛЬНО-КОНЕЧНАЯ ЗАДАЧА / УРАВНЕНИЯ СОБОЛЕВСКОГО ТИПА / OPTIMAL CONTROL / THE INITIAL-FINISH VALUE PROBLEM / SOBOLEV TYPE EQUATIONS

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Манакова Наталья Александровна, Дыльков Андрей Геннадьевич

Рассматривается задача оптимального управления решениями одной неклассической задачи для линейных эволюционных уравнений, заданных на конечном связном ориентированном графе. Данная задача редуцируется к начально-конечной задаче для абстрактного уравнения соболевского типа соответствующим подбором функциональных пространств. Установлены существование и единственность сильного решения начально-конечной задачи для линейного уравнения соболевского типа. Показаны существование и единственность оптимального управления решениями данной задачи. Полученные абстрактные результаты применены к одной линейной эволюционной модели на графе, и установлены существование и единственность решения задачи оптимального управления.

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.

Optimal control to solutions of the initial-flnish value problem for the evolution model

In this paper an optimal control over solutions of a one nonclassical mathematical physics problem for linear evolution equations defined on a finite oriented connected graph has been investigated. This one we reduced to the initial-finish value problem for an abstract Sobolev type equation by special selected functional spaces. Existence and uniqueness for strong solution of the initial-finish value problem for a linear Sobolev type equation was established. It is shown that in this case exist a unique optimal control over solutions of considered problem. The obtained abstract results are applied to the one linear evolution model defined on graph and existence and uniqueness for solution of this problem was established.

Текст научной работы на тему «Оптимальное управление решениями начально-конечной задачи для одной эволюционной модели»

УДК 517.956

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РЕШЕНИЯМИ НАЧАЛЬНО-КОНЕЧНОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ОДНОЙ ЭВОЛЮЦИОННОЙ МОДЕЛИ

Н, А. Манакова, А. Г, Дыльков

Введение

Многие начально-краевые задачи для уравнений и систем уравнений в частных производных, не разрешенных относительно производной по времени, удобно рассматривать в рамках абстрактных уравнений соболевского типа, составляющих обширную область неклассических уравнений математической физики [1,2],

Lx = Mx + y + Bu, kerL# {0}, (0.1)

где функции x, y и u лежат в гильбертовых прострапствах X, Y и U соответственно. Оператор L G J?(X;Y)> оператор M G cê/(X;Y)> a оператор B G J?(U;Y), функции y : (0,т) С R+ ^ Y, u : (0,т) С R+ ^ U (т < то) подлежат дальнейшему определению. Подходящим математическим аппаратом для изучения таких задач является теория вырожденных полугрупп операторов.

Задача Коши для уравнений вида (0.1) изучена ранее [3]. В данной работе будем рассматривать начально-конечную задачу, т. е. линейное уравнение соболевского типа (0.1) с условиями

Pin(x(0) - x0) = 0, Pfin(х(т) - xT) = 0. (0.2)

Здесь т G М+, щ, xT G X, а операторы Pin, Pfin — относительно спектральные проекторы, действующие в пространстве X. Впервые началь-

© 2012 Манакова Н. А., Дыльков А. Г.

но-конечные задачи для линейных уравнений соболевского типа появились в работах Г. А. Свиридюка и С. А. Загребиной [4,5]. Однако полученные ими классические решения задачи (0.1), (0.2) мало пригодны для техники гильбертовых пространств, поэтому нам потребуются другие решения. Начально-конечная задача (0.1), (0.2) является естественным обобщением задачи Шоуолтера — Сидорова [5], которая в свою очередь является обобщением задачи Коши. Условия (0.2) отличаются от условий ранее изученных задач тем, что одна проекция решения задается в начальный момент, а другая — в конечный момент рассматриваемого временного промежутка. В настоящее время уже есть результаты о начально-конечных задачах для уравнений соболевского типа высокого порядка [6].

Нас будет интересовать задача оптимального управления, которая заключается в отыскании такой пары (ж, и) € X х для которой выполняется соотношение

7(ж, и = ^ и), (0-3)

где все пары (ж, и) удовлетворяют задаче (0.1), (0.2). Здесь 7(ж, и) — некоторый специальным образом построенный функционал стоимости; управление и € где Иаа — некоторое замкнутое и выпуклое множество в пространстве управлений И. Оптимальное управление линейными уравнениями (0.1) с условиями Коши впервые изучалось в [3]. В работе [7] предложен численный алгоритм нахождения решения задачи оптимального управления для линейных уравнений соболевского типа с начальным условием Шоуолтера — Сидорова в конечномерном случае. Оптимальное управление для полулинейных уравнений соболевского типа с начальным условием Шоуолтера — Сидорова рассматривалось в работе [8]. Наш подход основан на идеях и методах [3,9].

Статья организована следующим образом. В п. 1 доказана теорема существования сильного решения задачи (0.1), (0.2). В пп. 2, 3 находятся необходимые и достаточные условия разрешимости задачи

(0.1)—(0.3). Далее в п. 4 мы иллюстрируем полученные абстрактные результаты одной эволюционной моделью на графе.

1. Сильные решения

Пусть X, ф — гильбертовы пространства, операторы Ь € ЛС(X; ф), М € с€ /(Х;ф), функция / : (0, т) С М+ ^ ф (г < ж) подлежит

Ь

множество рь{М) = {ц € С : {цЬ - М)— € (ф;Х)} Ь-спектр сть(М) = С \ рь(М) оператора М и оператор-функции

д£(М) = (цЬ - М)— Ь, Ь^(М) = Ь(цЬ - М)—,

Ь

М.

Рассмотрим линейное неоднородное уравнение соболевского типа

ЬХ = Мх + f (1.1)

с условиями (0.2).

ЬМ

М) = а£п(М) и агьп(М), (¿1)

где М) содержится в ограниченной области Л С С с кусочно гладкой границей 7, причем 7 П сть(М) = 0.

Пусть далее ц € рь{М), ц = ОД,... ,р. Оператор-функции

= П < (м> Ьи(М = П (М)

й=0 й=0

Ь, р

М.

Мр

носительно оператора Ь с числом р € {0} и N (короче, (Ь,р)-секто-риальным), если

(I) существуют константы аёКивё (?'>7Г) такие, что

Баье (И) = (м е С: \агё(м - а I <©,М^я}С И),

(II) существует константа К е М+ такая, что

К

таХ{||Д^,р)(М)Ц^(Ж)' \\Ь(И,Р)(М) 11^(0))} ^ ~ '

П К - а\

д=0

при любых |Лq е Б^е (И) 9 = ОД, . . . ,р.

Пусть оператор И (Ь,р)-секторпален, р е (0} и М, тогда существуют вырожденные аналитические полугруппы операторов [3]

х'=Ъ!и =¿/

г г

где £ е М+, а контур Г с Б^в(И) такой, что \ агgм\ ^ О при м ^ оо, (1 е Г, 0 е (|,тг). Положим Х0(2)0) = кегХ'(кегУ), X1©1) = ппХ*(1тУ) и обозначим через Ьк(Ик) сужение оператора Ь(И) на Хк(Хк П аот И, * = 0,1. Очевидно, что X © X С X и У © У с У В дальнейшем нам потребуются два условия:

X © X1 = X (У © У=У, (А2)

существует оператор Ь— е Л?(ф^Х1). (АЗ)

Условие (А2) имеет место либо в случае, когда оператор И сильно (Ь,р)-секториадеп справа (слева), либо когда пространство Х(Ф) рефлексивно (теорема Яги — Федорова) [10]. Условие (АЗ) выполняется либо в случае, когда оператор И сильно (Ь,р)-секториалеп, либо когда он (Ь,р)-секториадеп, выполнено (А2) и У = ¡т!1. Если выполнены условия (А2), (АЗ) и оператор И (Ь,р)-секториалеп, то существуют проекторы Р = е-^т^ X4, ^ = е-^^ У4 и операторы

Н = И— Ь0 е &(X0) и Б = Ь— И е ^/(Х1), причем оператор Н ннльпотентен степени р, а итератор Б секторпален.

Пусть выполнено условие (А1), построим относительно спектральный проектор [4]

Pfin = Rjl(M) dp,

причем оказывается, что при условии (Ь,р)-секториальпости оператора M и выполнении условий (А2), (A3) PfinP = PPfin = Pfin- Значит, в данном случае существует проектор

P — P - Pf

J in - J J fin •

Теорема 1 [4]. Пусть оператор M (L, р)-секториален п выполнены условия (А1)-(АЗ). Тогда для любых щ, xT G X н вектор-функции f G Cp([0 , т]; Y ПС p+1(( 0, t); Y существует единственное классическое решение задачи (0.2), (1.1), которое имеет к тому же вид

p t

rt ^ | I ryt — s _

dq t

x(t) = - ^(M^UYM^ — fit) + XlnxQ + / Zl-Sr(s) ds

q=0 {

T

+ fXt - j Zf-nsf fin{s) ds, (1.2)

где

Х„ = ( 2,Ч "'(/ ВЦ МУ- - / М,«« *.),

Г 7

^ = (2.,-(/(цЬ - М)-е«1 -/(цЬ - М)-е«1

г 7 (1-3)

Х^„ = (- I dp,

7

4„ = ( 2,ч -/ (цЬ - м,-

7

Определение 2. Вектор-функцию ж € Я1 (X) = {х € Ь2(0,т; X) : X € Ь2(0, т; X)} назовем сильным решением уравнения (1.1) если она

п. в. на (0, т) обращает его в тождество. Сильное решение x = x(t) уравнения (1.1) назовем сильным решением начально-конечной задачи, если lim Pin(x(t) — x0) = 0 и lim Pfin(x(t) — xT) = 0.

t—0+ t—ут - J

В силу непрерывности вложения H1 (X ^ ^([0, т]; X) наше определение корректно. Термин «сильное решение» введен для того, чтобы отличать решение уравнения (1.1) в данном смысле от «классического решения». Заметим, что классическое решение (1.2) является также и сильным решением задачи (0.2), (1.1).

Построим пространства H1+1 (ф) = {v G L2(0,t; ф) : vG £2(0, т; ф),р G {0} U N}. Пространство H1+1 (ф) гильбертово со скалярным произведением

1+1 T

[v,w] = / q) q) )y dt. q=o{

Пусть y G H1+1 (ф). Введем в рассмотрение операторы

1 dq

Ay(í) = -^(М-^М-1— y°(t), ^(í) =

q=o

t T

A2y(t) = JZn-Vn(s)ds, ^W = Xf-nTxt, A3y(t) = JZfnsyfin{s)ds.

t

Лемма 1. Пусть оператор M (Ь,р)-секториален и выполнены условия AHA3). Тогда

(i) A G^f(H^1(ф); H(X);

(ii) при любом xo G X вектор-функция ki принадлежит С1 ((0, т); X);

(Iii) A G^f (H^1 (ф); H (X));

(iv) при любом xT G X вектор-функция k2 принадлежит С1 ((0, т); X);

(v) A ^(H1+1(ф); H (X)).

Теорема 2. Пусть оператор M (Ь,р)-секторналеи п выполнены AA x , xT G X н f G H1+1 (ф) суще-

ствует единственное сильное решение задачи (1.1), (0.2).

Доказательство. Поскольку мы уже имеем классическое решение (которое является сильным), покажем единственность. Действуя на уравнение (1.1) последовательно проекторами (I — Q) и Qin(jin), сведем его к эквивалентной системе из трех независимых уравнений

Hx0=x0, (1.4)

xin = Sin xin, xin(0) = 0, (1.5)

xfin = Sfinxfin, xfin{ t) = 0 (1.6)

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

где H = M— L0, Sfin(in) = LfnnMifin(in) G Щх)ы{ы))- Здесь x(i) = xi(t) — xi(i),x2(i) — два решения задачи (0.2), (1.1).

H

HP+ix° = Hpx° = 0. Продолжая этот процесс, убеждаемся, что x0 = 0. Равенство нулю решений задач (1.5), (1.6) следует из ограниченности

Sfin Sin

2. Оптимальное управление

Рассмотрим начально-конечную задачу: линейное неоднородное уравнение соболевского типа

Lx = Mx + y + Bu (2.1)

с условиями (0.2), где функции x,y и u лежат в гильбертовых пространствах X, Y и И соответственно. Oneратор L G Jz?(X Y)> оператор M G %?/(X;Y), а операт op B G if (И Y, Функции y : (0,т) С R+ ^ Y, u : (0, т) С М+ ^ И (г < то) подлежат дальнейшему определению. Пусть оператор M ^,р)-секториален, p G {0} U N и выполнены условия (A1)-(A3).

Введем в рассмотрение пространство управлений

Hp+1 (И = {u G L2(0,t;И : u(p+1) G L2(0,t;И, Р G {0} U N}.

Пространство Hp+1 (И) в силу гильбертовости И гильбертово со скалярным произведением

p+i I

[v,w] = J2 / (v(q) q))u di.

q=0J0

Выделим в пространстве HP+1 (И) замкнутое и выпуклое подмножество Я|+1 (И) — множество допустимых управлений.

Введем в рассмотрение 3 — некоторое гильбертово пространство наблюдений, и оператор C G Jz?(X;3)> задающий наблюдение z(t) = Cx(t). Заметим, что если x G H1 (X), то z G H1 (3).

Определение 3. Вектор-функцию u G H|+1 (И) назовем оптимальным управлением решениями задачи (2.1), (0.2), если

J(X,w)= min J(x,u), (2-2)

(ж,«)EH (X xflf1 (У)

где все пары (x, u) удовлетворяют задаче (2.1), (0.2).

Нашей целью является доказательство существования единственного управления U G H|+1 (U, минимизирующего функционал стоимости

il P+i т

J(x,u) = p^ ¡W*^ - zo] Из dt + ^X! /(Nr u(q) >y dt. (2.3)

9=% 9=0 0

Здесь Ng G Jz? (Uj 9 = 0, Ij ...)P+lj — самосопряженные и положительно определенные операторы, *о = *o(t) — планируемое наблюдение, р, V ^0, р + v = 1, 0 ^ k ^ р + 1. Справедлива

Теорема 3. Пусть оператор M (Ь,р)-секторпалеп п выполнены условия (A1)-(A3). Тогда для любых y G HP+1 (Y, x$,xT G X существует единственное оптимальное управление решениями задачи (2.1), (0.2).

Доказательство. По теореме 2 при любых y g Hp+1 (Y), x0,xT g X и u G HP+1 (И) существует единственное сильное решение x G H1 (X) задачи (2.1), (0.2), имеющее вид

x(t) = (A + A - A3)(y + Bu)(t) + ki(t) + k2(t), (2.4)

где операторы A, A, A и вектор-функции k\, k2 заданы в лемме 1.

Зафиксируем y G HP+1 (Yj xo, xT G X и рассмотрим (2.4) как отображение D : u ^ x(u). Тогда отображение D : HP+1 (U ^ H1 (X), определенно непрерывно. Поэтому функционал стоимости зависит только

от и, т. е. «/(и) = /(ж, и). Следовательно,

п(М, «) = и)) — 0)), С(ж(£, — 0))}Н1 (3) + и],

где

является билинейной непрерывной коэрцитивной формой на Яр+1 (И), V(¿) = NИ^ (¿), ^ = 0,... , к, а

/(и) = ^,(¿0 — Сж(£, 0), С(ж(£, И — 0))}н (3)

является линейной непрерывной формой па Яр+1 (И). Перепишем функционал стоимости (2.3) в виде

/(и) = ^||Сж(г, и) — ¿оУн(3) +

Отсюда

/(и) = Пи, и — 2/(и) + — Сж(£, 0) Ун (з. Значит, для функционала /(и) выполнены все условия теоремы [9, гл. 1]. Теорема доказана.

3. Необходимое условие оптимального управления

С учетом гильбертовости X, ф, 3 управление ио € Я|+1 (И) оптимально тогда и только тогда, когда

/'(и0)(и — и0) >0 V« € (И, (3.1)

т. е. для функционала (2.3) выполняется соотношение

^(Сж(£, ио) — ¿о, С(ж(£, и —ж(£, мо))}н (3) +и—ио] Vw € Я|+1 (и,

.

где

р+1 т

к, и—= 4Я)(*), и?)(*)—и)и ^ (з.з)

д=о{

— билинейная непрерывная коэрцитивная форма на Hp+1 (И). Введем в рассмотрение изоморфизмы

Л:3 ^ 3*, лу: И ^ И*. (3.4)

Тогда неравенство (3.2) можно переписать в виде

м(С*Л(Cx(t, щ) — ¿о), x(t, и) — x(t, щ))и1(3)

p+i т

+ (t),u(q)(t) — (t)> Vu g Hp+1(И). (3.5)

q=0 {

Пусть X*, Y* — сопряженные пространства к X, Y соответственно. Зафиксируем некоторые векторы ж*, ж* G X*. Оиератор L* G Jz?(Y*; X*), оиерат ор M * : domM С Y* ^ X* линеен и замкнут (dorn M* = Y*)- Введем в рассмотрение L*-резольвентное множество

pL* (M*) = (м G C : (mL* — M*)-1 G ^(X*; Y*)}

и L*-cneKTр aL*(M*) = C \ pL*(M*) оператора M*.

XY

ратор M G /(X;Y) (L,p)-ceKTopnален тогда п только тогда, когда оператор M* (L* ,р)-секторпалеп.

Аналогично построим проекторы P* и P*in:

р1=1Ыr?(м*} dpfin=р*~ plY

Здесь контур y G C ограничивает область, содержащую ст^ (M*).

Теперь определим сопряженное состояние задачи (0.2), (2.1) £(t, u) G Hp+1 (Y*) как решение уравнения

—L*£=M *£+С*Л (Cx(t,u) — *о) (3-6)

на интервале (0;т), снабженного начально-конечным условием

PUM = 0, PU(0) = о. (3.7)

Справедлива следующая

Теорема 4. Пусть пространства X ф гильбертовы, оператор М (Ь,р)-секторпалеи и выполнены условия (А1)-(АЗ). Тогда существует единственное решение и) е Я1(ф*) задачи (3.6), (3.7).

Теорема 5. Пусть оператор М (Ь,р)-секторпален п выполнены условия (А1)-(АЗ). Тогда при любых у е Яр+1 (ф) п х е Я1 (X) оптимальное управление и0 е Я|+1 (И) для задачи (0.2), (2.1) характеризуется соотношениями (3.6), (3.7) и выполняется неравенство В*£(£, и0), и(£) - ио(^)(3) р+1 т

+ (*)>и?)(*) - (*))и > о ^и е яр+1 (И,

д=0 ^

где

х(*,и0) е я1 (X, £(*,и0) е яр+1 (ф*),

р

р

Доказательство. Вектор-функция Х(г, и) = х(г, и) - х(£, и0) является решением начально-конечной задачи

Д„( Х(0)) = 0, Р/4п( Х(т)) = 0, (3.8)

ЬХ = МХ + в и — щ).

Действуя на данное уравнение последовательно проекторами I — ^ и Q¿„(^¿„), сведем данную задачу к трем эквивалентным задачам

яХ0 = х0 + м0-1 (I - д)в(и - и0), (з.э)

Ь¿„Х4„ = М¿„Х4„ + Qi„B(u - ио), р„(х(о)) = о, (3.10)

Ьц„хт = М/¿„х^„ + Q/i„B(u - и0), Р/4„(Х(т)) = 0. (3.11)

Умножим (3.10) скалярно на £®„(и0) и проинтегрируем по интервалу (0,т). Получим

т

I(ь¿„х4„(и - Ь¿„х4„(*,и0),г„) ^

о

т

= I [(М ¿„х4„( - М ¿„х4х *,и0),г„ к ^¿„в(и - и0),е„)]

о

Интегрируя по частям левую часть последнего равенства, получим

т

У (Ьи - ¿1 ¿"¿¿"(^«о),^"> ^

О

= (^¿пХ"(Т,и - Ь¿п^"(Т,«о),е"(т)> - (Ь¿пХп(0- Ь¿пХп(0,«о),еп(0)>

т

+ I - (Хп (и - («о), ьI¿п¿¿">

о

откуда, применяя условия (3.7), (3.8), получаем

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

т

/ - (Ь I¿пГп, (и - Хп («о)> ^

о

т

= /[(м^п - ^п( >

о

+ (Л-ВгдГпГ,(« - щ)>] ^ (3.12)

Аналогично найдем

т

/ -(Ь I/¿"^¿п, ^¿п(и - «о)> ^

О

т

= /[(мг^е^, *Лп(*, и - «0)>

о

+ (л-В (« - «0)я (3.13)

Так как оператор М сильно (Ь,р)-секторпаден, оператор Н ннль-потентен, из (3.9) в случае р = О следует, что

о = х0 + м-1 (I - д)в(и - и0).

Умножая данное равенство скалярно на «о) и интегрируя по интервалу (0, г), получаем

т

0 = J [(М0г-ж0(^и0)> + (Л— Вг(1-д)г£0, (и-и0)>] ^^3.14) о

Суммируя (3.12)—(3.14), будем иметь

т

J — {Ь*£, х(г, и) — х(г, щ)} dt о

т

= J [{М*х(г, и) — х(г, и0)} + (Л— В*(и — и0))] о

Умножим (3.6) скалярно на х(г, и — х(г, ио) и проинтегрируем по интервалу (0,т). Получим

т

J — {ь*£, х(г, и — хг, ио)} сг о

т

= J {М * £ + с* л (Сх(г; и — ¿о), хг, и — хг, и0)} л.

о

Тогда неравенство (3.5) можно при произвольном р € N записать в виде

т

м J (л— В*£(г,и0),и(г) — и0(г)) сг о

р+1 т

+ (г),и^(г) — Уие ^.

д=0 {

4. Модель эволюции давления на графе

Пусть в = Е), где V = {У1} — множество вершин, а Е =

{Е^} — множество ребер, — конечный связный ориентированный граф, причем каждое его ребро Е^ имеет длину ^ € М+ и площадь поперечного сечения € М+. На графе в рассмотрим линейные уравнения в частных производных

^Xjt xjtss вх3вв ахзв888 + 7х^ + из. (4.1)

Данные уравнения возникают в теории фильтрации и описывают эволюцию свободной поверхности жидкости, фильтрующейся в пласте

ограниченной мощности [11], параметры а € М+, А, в, 7 € ® характеризуют среду, причем параметр А может принимать отрицательные значения.

Нас интересуют решения уравнения (4.1) удовлетворяющие следующим условиям:

ж, (О= жй(0,£) = жт(/ш,£) = Жп(/п,^, (4.2)

где Е€ Еа(V*), Ет,Еп € Еш(^¿) (ЕаН— множество ребер с началом (концом) в вершине , а также

УЗ ж,.(0,£) - ^ жь(,£) = 0. (4.3)

Введем в рассмотрение гильбертово пространство

ф = {У = (Уъ • • •, У,, • • 0 : У, € М0, У} со скалярным произведением

Ч

(У, = ^ / у, ^ ¿ж, е, ее о

и банахово пространство V = {г = , г2,..., г,, • • 0 : г, € ^^ (0, /,) и .}

В силу теорем вложения Соболева функции из ^з1 абсолютно непрерывны, поэтому пространство V определено корректно.

Обозначим через V1 сопряженное к V относительно двойственности (•, •> пространство и формулой

(А,ж> = £ ¿/¡' г,.ж,. г, ж € V,

е, ее ^

зададим оператор А £ Л£ (V; V*). Его спектр а(А) неотрицателен, дискретен, конечнократен и сгущается только к Занумеруем собственные значения {Ак} оператора А по невозрастанию с учетом кратности. Тогда ортонормированное (в смысле ф) семейство соответствующих собственных функций } операто ра А образует базис пространства V в силу плотного и непрерывного вложения V в ф.

Введем в рассмотрение еще одно банахово пространство X = {х = (ж1, Ж2,... , Xj,...) : х^- £ /¿) и выполняются (4.2), (4.3)} с нормой

Формулой В : х ^ ( —х«я, —Xее,... , — Xjss,...) зададим оператор В £ (Х;ф). Возьмем А £ М и построим оператор Ь = А + В. По построению оператор Ь принадлежит «5?(Х; ф), а его спектр а(Ь) равен {А+А* }.

Наконец, введем в рассмотрение пространство

Формулой С : V ^ (щssss ssss,... , VjSSSS,...) зададим оператор С : с1отМ ^ ф, причем С £ «5?(с1отМ; ф) и а (С) = {А*}. Возьмем в, 7, А £ М и построим опер атор М = —вВ — аС + 7. По построению М £ Х;ф).

Е,- еЕ"( V»)

Ек еЕ-( V*)

с нормой

Тогда условие (0.2) примет вид

((ж(0) - = 0,

(4.4)

УЗ ((ж(т) - жД = о.

Таким образом, мы свели задачу (4.1)-(4.4) к задаче (0.2), (2.1).

Лемма 3 [4]. При любых а € М+ и в, 7, А € М таких, что либо —А € & (А), либо —А € &(А) и —А ие является корнем уравнения аа2 + ва — 7 = 0, оператор М сильно (Ь, 0)-секторналеи.

Введем в рассмотрение пространство

Н(Я) = {и = (м, м2, • • • и,, • • •) : и € МО, т; (0, /¿))}.

Теорема 6. Пусть выполнены условия леммы 3. Тогда при любых а, т € М+, в, 7, А € М жо,жт € X м € Н (Я) существует единственное сильное решение ж € Н(X) задачи (4.1)-(4.4).

Построим операторы

(^„м> = Е ^

где м = ик— ортонормированные в смысле ф функции,

— положительные числа.

Теорема 7. Пусть выполнены условия леммы 3. Тогда при любых а, т € М+, в, 7, А € М жо, жт € X м € (Я) существует единственное решение задачи (4.1)-(4.4), (2.2).

В заключение авторы считают своим приятным долгом поблагодарить профессора Г. А. Свиридюка за проявленный к работе интерес и строгую, но конструктивную критику, в немалой степени способствующую улучшению статьи.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кожанов А. И. Краевые задачи для уравнений математической физики нечетного порядка. Новосибирск: НГУ, 1990.

2. Demidenko G. V., Uspenskii S. V. Partial differential equations and systems not solvable with respect to the highest-order derivative. N.Y.; Basel; Hong Kong: Marcel Dekker, Inc., 2003.

3. Свиридюк Г. А., Ефремов А. А. Оптимальное управление линейными уравнениями типа Соболева с относительно р-секториальными операторами // Диф-ференц. уравнения. 1995. Т. 31, № 11. С. 1912-1919.

4. Загребипа С. А., Соловьева Н. П. Начально-конечная задача для эволюционных уравнений соболевского типа на графе. Вестн. Юж.-Урал. гос. ун-та. Сер. Мат. моделирование и программирование. Челябинск, 2008. № 15, вып. 1. С. 23-26.

5. Свиридюк Г. А., Загребина С. А. Задача Шоуолтера — Сидорова как феномен уравнений соболевского типа // Изв. Иркутск, гос. ун-та. Сер. Математика. 2010. Т. 3, № 1. С. 104-125.

6. Замышдяева А. А., Юзеева А. В. Начально-конечная задача для уравнения Буссинеска — Лява на графе // Изв. Иркутск, гос. ун-та. Сер. Математика. 2010. Т. 3, № 2. С. 18-29.

7. Келлер А. В. Численное решение задачи стартового управления для системы уравнений леонтьевского типа // Обозрение приклад, и пром. математики. 2009. Т. 16, вып. 2. С. 345-346.

8. Манакова Н. А. Задача оптимального управления для уравнения Осколкова нелинейной фильтрации // Дифференц. уравнения. 2007. Т. 43, № 9. С. 11851192.

9. Лионе Ж.-Л. Оптимальное управление системами, описываемыми уравнениями с частными производными. М.: Мир, 1972.

10. Федоров В. Е. О некоторых соотношениях в теории вырожденных полугрупп операторов. Вестн. Юж.-Урал. гос. ун-та. Сер. Мат. моделирование и программирование. 2008. № 15, вып. 1. С. 89-99.

11. Дзекцер Е. С. Обобщение уравнения движения грунтовых вод // Докл. АН СССР. 1972. № 5. С. 1031-1033.

г. Челябинск, г. Магнитогорск

31 июля 2012 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.