Периодические и ограниченные решения нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка
Д. Т. Ахмедовa,
Э. М. Мухамадиевb,
И. Дж. Нуровa a Научно-исследовательский институт Таджикского национального университета, Таджикистан, 734025, Душанбе, пр. Рудаки, 17
b Вологодский государственный университет, Россия, 160000, Вологда, ул. Ленина, 15
Аннотация:
В работе исследуются вопросы о существовании периодических или ограниченных решений нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка вида
$y''+g(y,y')=f(t,y,y').$ Здесь функция
$g (y,z)$ — непрерывная и положительно однородная первого порядка, а
$f(t,y,z)$ — непрерывная функция, определенная при всех значениях
$t$,
$y$,
$z$ и удовлетворяющая условию малости по отношению
$|y|+|z|$ на бесконечности. Для данного уравнения вопросы существования априорной оценки, периодических решений в случае периодической по
$t$ функции
$f(t,y,z)$, и ограниченных решений в случае лишь ограниченности по
$t$ функции
$f(t,y,z)$, тесно связаны с качественным поведением решения однородного уравнения
$y''+g(y,y')=0.$ Поэтому, на первом этапе представляется важным исследование характера поведения траектории эквивалентной однородному уравнению системы. Перейдя к полярным координатам, получим формулы представления решения системы, которые позволяют описать полную классификацию всевозможных фазовых портретов решения системы в терминах свойства функции
$g(y,y')$. В частности, получены условия отсутствия ненулевых периодических или ограниченных на всей оси решений. Задача существования периодических решений исходного уравнения эквивалентна существованию решений интегрального уравнения в пространстве
$C[0,T]$-непрерывных на отрезке
$[0,T]$ функций. В свою очередь, интегральное уравнение порождает вполне непрерывное векторное поле в пространстве
$C[0,T]$, нули которого определяют решение интегрального уравнения. Получены формулы для вычисления вращения векторного поля на сферах достаточно большого радиуса пространства
$C[0,T]$. На основе полученных результатов найдены условия существования периодических и ограниченных решений неоднородного уравнения. Отметим, что полученные результаты доведены до расчетных формул.
Ключевые слова:
дифференциальное уравнение, периодическое и ограниченное решение, однородное уравнение, гомотопия, вполне непрерывные векторные поля, фазовые портреты.
УДК:
517.91
MSC: 34A34,
34С25 Поступила в редакцию: 28.07.2021
DOI:
10.46698/g4784-3971-1105-g