О выразимости функций системы x'(t) = A∙x(t), собственные значения матрицы которой являются некратными в виде линейных комбинаций производных одной функции, входящей в эту систему

Аннотация


Задача решения системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами является одной из важнейших проблем как теории обыкновенных дифференциальных уравнений, так и линейной алгебры. Поэтому, с одной стороны, для таких систем разрабатываются новые методы и алгоритмы, а с другой стороны, существующие методы и алгоритмы решения таких систем совершенствуются. Одним из наиболее известных методов решения системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами является метод приведения системы линейных уравнений к одному уравнению высшего порядка, позволяющего находить решения исходной системы в виде линейных комбинаций производных только одной неизвестной функции. В данной работе рассматривается уточнение метода приведения системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами к одному уравнению высшего порядка, позволяющего найти общее решение исходной системы, а именно исследуется выразимость всех функций системы линейных однородных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами x'(t) = Ax(t) в виде линейных комбинаций производных только одной неизвестной функции xk (t), входящей в эту систему. Для любой матрицы A, все собственные значения которой не кратны, сформулирован новый простой критерий выразимости в терминах рангов матриц и подробно доказана его корректность. Полученный результат может быть также применен при исследовании решений системы x'(t) = Ax(t) на периодичность и при изучении линейных систем на полную наблюдаемость.

Полный текст

В данной работе рассматривается уточнение метода приведения системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами к одному уравнению высшего порядка, позволяющего найти общее решение исходной системы, а именно изучается задача выразимости всех функций входящих в заданную однородную систему линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами в виде линейных комбинаций производных только одной неизвестной функции входящей в эту систему. В результате исследования для любой матрицы A, все собственные значения которой не кратны, найден простой критерий выразимости всех функций системы в виде линейных комбинаций производных и доказана его корректность. Полученный результат может быть применен в ряд случаях: а) при исследовании решений системы на периодичность, поскольку периодическое решение системы имеет особое значение как для качественной теории дифференциальных уравнений, так и для изучения различных математических моделей в физике, химии, астрономии и других науках [1];b) при применении метода сведения системы линейных дифференциальных уравнений относительно к одному дифференциальному уравнению n-го порядка, позволяющего найти общее решение исходной системы в виде линейных комбинаций производных функции [2–5]; с) при исследовании линейных систем на полную наблюдаемость [6].

Об авторах

Д. Н. Баротов

Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации

Р. Н. Баротов

Худжандский государственный университет имени академика Бободжона Гафурова

Список литературы

  1. Коломина М.В. Периодические решения систем дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.01.02, защищена 29.11.2000. – Казань, 2000. – 119 с.
  2. Малышев Ю.В., Атаманов П.С. О решении системы линейных дифференциальных уравнений операторным методом // Вестник Чувашского университета. – 2011. – № 3. – С. 155–159.
  3. Ивлев В.В., Кривошей Е.А. Системы линейных дифференциальных уравнений. Интегрируемые комбинации (продолжение) // Математическое образование. – 2018. – № 1 (85). – С. 47–51.
  4. Градштейн И.С. О поведении решений системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами, вырождающихся в пределе // Известия Российской академии наук. Серия математическая. – 1949. – Т. 13, № 3. – С. 253–280.
  5. Рыбаков М.А. Решение систем линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами с помощью преобразования Лапласа // Вестник российских университетов. Математика. – 2009. – Т. 14, № 4. – С. 791–792.
  6. Бударгин О.М., Мисриханов М.Ш., Рябченко В.Н. Новые эффективные критерии управляемости и наблюдаемости для систем большой размерности // Проблемы управления. – 2012. – № 1. – С. 21–25.
  7. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. – М.: Физматгиз, 2010. – 560 с.
  8. Пантелеев А.В., Якимова А.С., Рыбаков К.А. Обыкновенные дифференциальные уравнения. Практикум. – М.: Инфра-М, 2016. – 432 с.
  9. Понтрягин Л.С. Обыкновенные дифференциальные уравнения. – М.: Физматгиз, 1965. – 332 с.
  10. Филиппов А.Ф. Сборник задач по дифференциальным уравнениям. – М.: Физматгиз, 1961. – 100 с.
  11. Мухамеджанова У.М. Жорданова форма матрицы и решения линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами // Ученые записки Худжандского государственного университета им. академика Б. Гафурова. Серия: Естественные и экономические науки. – 2017. – № 1. – С. 20–26.
  12. Балоев А.А. Матрично-алгебраическая форма решения системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами // Сибирский журнал индустриальной математики. – 2014. – Т. 17, № 3. – С. 3–12.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 87

PDF (Russian) - 93

Ссылки

  • Ссылки не определены.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах