ПРИМЕР.
Нетрудно проверить, что корнями многочлена третьей степени
являются числа
,
хотя все его коэффициенты положительны.
Сформулируем (без доказательства) две теоремы, которые дают необходимые и достаточные условия отрицательности действительных частей корней многочлена. Такие теоремы называются критериями.
ТЕОРЕМА (Критерий Рауса-Гурвица). Необходимым и достаточным условием отрицательности действительных частей всех корней многочлена (12.7) является положительность всех главных диагональных миноров матрицы Рауса-Гурвица:
.
(12.8)
Матрица Гурвица
устроена следующим образом: на ее главной диагонали стоят все коэффициенты
многочлена, начиная с
, в столбцах стоят коэффициенты
с номерами соответствующей четности, именно: в первом – нечетные, во втором –
четные и т.д. Когда нужные коэффициенты заканчиваются, оставшиеся места в
столбце заполняются нулями. Таким образом, в последней строке матрицы
Рауса-Гурвица только один ненулевой элемент
.
Главными диагональными минорами матрицы
являются
, …,
.
Критерий
Рауса-Гурвица не очень удобен для исследования корней многочлена достаточно
высокой степени, так как требует вычисления, как минимум,
главных диагональных миноров матрицы
-го порядка (без первого и последнего, знак
которых очевиден). Более удобным является эквивалентный ему критерий
Льенара-Шипара.
ТЕОРЕМА (критерий
Льенара-Шипара). Для того чтобы действительные части всех корней многочлена
(12.7) были отрицательны, необходимо и достаточно, чтобы
, где
– главные
диагональные миноры матрицы Гурвица
-го порядка.
ПРИМЕР.
Проверить, являются ли отрицательными действительные части корней многочлена
.
У этого многочлена
.
Необходимое условие отрицательности действительных частей корней не выполнено,
значит, среди корней есть такие, у которых
.
ПРИМЕР. Исследовать на устойчивость решения дифференциального уравнения
а)
; б)
.
а) Все решения неоднородного линейного дифференциального
уравнения в смысле устойчивости ведут себя, как нулевое решение
соответствующего однородного уравнения
. Его
характеристическое уравнение имеет вид:
.
Необходимое условие отрицательности действительных частей корней этого многочлена выполнено, поэтому составим матрицу Гурвица:
.
По
критерию Льенара-Шипара вычислим главный диагональный минор второго порядка (
):
. Значит,
среди корней есть числа с положительной действительной частью, а потому нулевое
решение однородного дифференциального уравнения неустойчиво, что, в свою
очередь, означает неустойчивость всех решений исходного неоднородного
уравнения.
б) Рассуждая аналогично, составим характеристическое уравнение соответствующего однородного дифференциального уравнения:
.
Матрица Гурвица для этого многочлена – матрица четвертого порядка:
.
Следовательно, по критерию Льенара-Шипара все
,
поэтому все частные решения исследуемого дифференциального уравнения
асимптотически устойчивы.
12.4. Устойчивость по первому приближению
Рассмотрим автономную систему дифференциальных уравнений
(12.9)
Будем полагать, что (12.9) имеет тривиальное решение,
то есть
, и все функции
дифференцируемы
в некоторой окрестности начала координат.
В этой окрестности по определению дифференцируемой функции нескольких переменных (см.гл.6)
![]()

, где
.
Поэтому
вблизи начала координат слагаемые
имеют более высокий
порядок малости, чем линейные слагаемые 
.
В
некоторых случаях при исследовании устойчивости тривиального решения системы
(12.9) нелинейными слагаемыми правой части можно пренебречь, считая, что
.
Тогда
систему дифференциальных уравнений (12.9) можно заменить на близкую ей при
достаточно малых
систему

Обозначим
и вместо системы (12.9) рассмотрим
линейную однородную систему с постоянными коэффициентами
(12.10)
Линейная однородная система (12.10) называется системой первого приближения системы (12.9).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.