Через любую точку области D проходит единственная характеристика (система автономна). Точек покоя эта система не имеет. В этом случае всякая точка области D является регулярной.
Для того, чтобы описать все первые интегралы системы , необходимо получить полный набор функционально независимых первых интегралов . Отметим, что функционально независимы, если ранг матрицы . Для системы , состоящей из n уравнений, полный набор состоит из n функционалов вида . Если рассматриваются первые интегралы вида , то полный набор состоит из первого интеграла. В общем случае для наперёд заданной области D полный набор первых интегралов может и не существовать. Однако справедливо следующее утверждение: для любой нерегулярной точки найдется окрестность, в которой существует полный набор функционально независимых первых интегралов. Пусть D – такая окрестность, в котором существует полный набор первых интегралов. Следовательно, имеем первые интегралы , следовательно, для любого первого интеграла справедливо представление: , где F – некоторая функции, следовательно, любое решение уравнения представляется в виде . Эта формула задаёт общее решение уравнения при произвольной дифференцируемой функции F.
Характеристическую систему удобно представлять в форме: .
§6.3. Решение квазилинейных уравнений
Рассмотрим уравнение в предположении, что и определены в области , непрерывны и непрерывно дифференцируемы в D, причём в D. Сопоставим этому уравнению вспомогательное линейное уравнение . Здесь . Это уравнение уже рассмотрено в предыдущем параграфе, следовательно, можно написать его общее решение. Оно получается в неявном виде: .
Составим характеристическую систему для этого уравнения: . Пусть – функционально независимые первые интегралы этой системы. Тогда – общее решение уравнения.
Пусть – решение уравнения и пусть уравнение определяет некоторую функцию в (пространстве x), причём . Тогда – решение первого уравнения.
Приведённая теорема устанавливает связь между решениями уравнений и . Решения первого уравнения могут использоваться для неявного задания решений уравнения второго уравнения. Если – решение первого уравнения, то конечное уравнение определяет решение второго уравнения. Множество решений первого уравнения представляется функцией , следовательно, множество решений второго уравнения можно описать решениями уравнения , где F – произвольная функция. Следует иметь в виду, что функция F должна обеспечить возможность разрешения такого уравнения (см. теорему о неявной функции). На даже в этом случае мы не можем утверждать, что таким образом описываются все решения уравнения . Это уравнение может иметь т.н. специальные решения, не допускающие такого представления.
Характеристическая система, записанная для вспомогательного уравнения называется характеристической системой исходного уравнения. Через каждую точку в области проходит единственная характеристика уравнения . В отличие от предыдущего параграфа, характеристики здесь являются линиями в пространстве переменных . Можно показать, что если через какую-либо точку интегральной поверхности проходит характеристика, то вся эта характеристика лежит на интегральной поверхности. Интегральная поверхность как бы «соткана» из характеристик.
§6.4. Решение задачи Коши для квазилинейных уравнений
Рассмотрим уравнение , предполагая, что и определены в области , непрерывны и непрерывно дифференцируемы в D и в D. Можно осуществить выбор решения этого уравнения, подчинив его каким-либо дополнительным условиям. В простейшем случае такими условиями могут быть условия Коши. Рассмотрим постановку задачи Коши. Пусть в пространстве x задана гиперповерхность S: и пусть в точке этой гиперповерхности определена функция . Дополним уравнение условием: . Имеем задачу Коши. Решить её значит найти решение уравнения , которое в точке гиперповерхности S совпадает с заданной функцией . Нас интересует интегральная поверхность этого уравнения, содержащая гиперповерхность S относительно функции .
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.