
Докажем, что тогда на некотором сегменте  существует одна и только одна система
решений
 существует одна и только одна система
решений  удовлетворяющих системе (4) и начальным
условиям (5).
 удовлетворяющих системе (4) и начальным
условиям (5).
Система (4) вместе с начальными условиями (5) эквивалентна системе интегральных уравнений
 (6)
                         (6)
В силу непрерывности функций  в некоторой области
 в некоторой области  содержащей точку
 содержащей точку  выполнены
неравенства
 выполнены
неравенства  где K — некоторое постоянное число.
 где K — некоторое постоянное число.
Подберем теперь d > 0 так, чтобы выполнялись условия:
1)  если
 если 
2) 
Рассмотрим теперь пространство  элементами которого являются упорядоченные
системы
 элементами которого являются упорядоченные
системы  состоящие из п функций, определенных и непрерывных
для всех х при
 состоящие из п функций, определенных и непрерывных
для всех х при  и таких, что
 и таких, что  с метрикой
 с метрикой

Отображение  задаваемое системой
интегральных уравнений
 задаваемое системой
интегральных уравнений

есть сжатое отображение полного пространства  в себя. Действительно,
 в себя. Действительно,

и, следовательно,

Так как Md < 1, то А есть сжатое отображение.
Отсюда вытекает, что операторное уравнение  имеет одно и только одно решение.
 имеет одно и только одно решение.
III. Применим теперь метод сжатых отображений для доказательства существования и единственности решения неоднородного линейного интегрального уравнения Фредгольма второго рода:
 (7)
                                        (7)
где K(х, у) (так
называемое ядро) и  есть данные функции, f(x) — искомая функция, а
 есть данные функции, f(x) — искомая функция, а  —
произвольный параметр.
 —
произвольный параметр.
Мы увидим, что наш метод применим лишь в случае
достаточно малых значений параметра 
Предположим, что  и
 и  непрерывны при
 непрерывны при  
  и, следовательно,
 и, следовательно,  Рассмотрим
отображение
 Рассмотрим
отображение  т. е.
 т. е.  полного
пространства
 полного
пространства  в себя. Получаем:
 в себя. Получаем:

Следовательно, при  —-
отображение А является сжатым.
 —-
отображение А является сжатым.
Отсюда на основании принципа сжатых отображений
можем заключить, что для всякого  уравнение Фредгольма
имеет единственное непрерывное решение. Последовательные приближения к этому
решению:
 уравнение Фредгольма
имеет единственное непрерывное решение. Последовательные приближения к этому
решению:  имеют вид:
 имеют вид:

В качестве  можно взять любую
непрерывную функцию.
 можно взять любую
непрерывную функцию.
IV. Этот метод применим и в случае нелинейных уравнений вида
 (8)
                                      (8)
где K и  непрерывны
и, кроме того, K удовлетворяет
условию
 непрерывны
и, кроме того, K удовлетворяет
условию

при  так как и в этом
случае для отображения
 так как и в этом
случае для отображения  полного пространства
 полного пространства  в себя, заданного формулой
 в себя, заданного формулой

имеет место неравенство

V. Рассмотрим интегральное уравнение типа Вольтерра
 (9)
                    
                      (9)
отличающееся от уравнения типа Фредгольма тем, что верхний предел в интеграле — переменная величина х. Это уравнение можно рассматривать как частный случай уравнения Фредгольма, доопределив функцию K(х, у)при у > х равенством

В отличие от интегрального уравнения
Фредгольма, где мы были вынуждены ограничиться малыми значениями параметра  к уравнениям Вольтерра принцип сжатых
отображений (и основанный на нем метод последовательных приближений) применим
при всех значениях параметра
 к уравнениям Вольтерра принцип сжатых
отображений (и основанный на нем метод последовательных приближений) применим
при всех значениях параметра  Заметим, прежде всего,
что принцип сжатых отображений может быть обобщен следующим образом:
 Заметим, прежде всего,
что принцип сжатых отображений может быть обобщен следующим образом:
если А — такое непрерывное
отображение полного метрического пространства R в себя, что отображение  при некотором п является сжатым, то уравнение
 при некотором п является сжатым, то уравнение
Ах = х
имеет одно и только одно решение.
Действительно, взяв произвольную
точку  рассмотрим последовательность
 рассмотрим последовательность  Повторяя рассуждения, проведенные в § 14,
получаем, что эта последовательность сходится. Пусть
 Повторяя рассуждения, проведенные в § 14,
получаем, что эта последовательность сходится. Пусть

Тогда

Действительно,

Так как отображение  —
сжатое, то
 —
сжатое, то

Следовательно,

т. е. 
Рассмотрим теперь отображение

Если  и
 и  — две непрерывные функции на отрезке [а,
b], то
 — две непрерывные функции на отрезке [а,
b], то




При любом значении  число п
можно выбрать настолько большим, что
 число п
можно выбрать настолько большим, что

т. е. отображение  будет
сжатым. Следовательно, уравнение Вольтерра (9) при любом
 будет
сжатым. Следовательно, уравнение Вольтерра (9) при любом  имеет решение, притом единственное.
 имеет решение, притом единственное.
Множество М в метрическом пространстве R называется компактным, если из всякой
последовательности его элементов можно выбрать подпоследовательность, сходящуюся
к некоторому 
Так, например, в силу теоремы Больцано-Вейерштрасса, всякое ограниченное множество на числовой прямой компактно. Другие примеры компактных множеств будут указаны ниже. Очевидно, что любое подмножество компактного множества также компактно.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.