二阶边值问题的正解。
摘要。本文主要讨论一类二阶时滞微分方程非局部边值问题的正解,满足和,这里外和是riemann-stieltjes积分,利用椎上的不动点定理,我们能得存在性,不存在性以及多解性的问题。假如和,利用riemann-stieltjes积分的性质,非线性四点边值问题也有同样的结果。
关键字:正解;非局部边值问题;时滞微分方程;锥;不动点。
1. 引言。
本文考虑的是二阶非线性时滞微分方程。
满足如下非局部边值条件。
其中为正参数,,,是定义在riemann-stieltjes积分上,我们假定。
),是定义在[0,1]上的单调递增函数,且;
),和,;)和对所有的;
)和,且存在时成立。
近年来,常微分方程的非局部边值问题已经广泛的应用于数学,物理等诸多领域(参见文献[1,2])。有很多方法来研究这类问题,如leray-schauder度定理,leray-schauder的非线性替换,不动点定理,临界点理论,我们都能得到存在性和不存在性以及多解性的结果。自从moiseev 等人在2024年第一次研究线性常微分方程的非局部边值问题解的存在性以来,越来越多的人开始研究非局部边值问题的正解的存在性(参见文献[4-8])。
当k=0时,问题(1.1)—(1.2)为二阶时滞微分方程非局部边值问题, bai[20]已经得到了存在性,不存在性,和多解性的正解问题。
这里是一个正参数,,是定义在riemann-stieltjes积分,这种情况下的解满足于凹性的,刚可以根据解的凹性定义空间中的锥,利用锥上的不动点定理来讨论问题解的存在性(参见文献[9—14])。当,满足边值条件,,这增加到三点边值问题,这篇文章的灵感来自于。当和,满足和的边值问题,我们增加到四点边值问题。
同时,这个解就不在有凹性。本文通过对应齐次方程格林函数的会计来定义合适的锥,然后利用锥上的不动点指数定理来讨论问题正解的个数(包括存在性,不存在性以及多解性)。
假如和,,非局部边值问题(1.1)—(1.2)能转换为时滞微分方程的四点边值问题。
引理1。1 假设。
ⅰ)u(t )是[a,b]的有界函数,存在c,c有,;
ⅱ)和是单调递增函数。
ⅲ)riemann-stieltjes积分存在。
那么存在, ,使得=
对于问题(1.1)—(1.2)的任意连续解,由引理1.1,存在使得,和。
若令对任意的t,那么(1.1)—(1.2)可以写成下面四点***问题的二阶时滞微分方程。
满足如下边值条件。
在1999,利用锥上的不动点定理来讨论满足的三点边值问题(1.3)—(1.4)的正解存在性。
2024年,白[12]讨论的二阶时滞微分方程四点边值问题(1.3)—(1.4)的正解的个数(包括存在性,不存在性,多解性),当和。
是连续函数。在这篇文章,我用同样的方法处理了(1.1)—(1.
2),在第三部分,我证明了(1.3)—(1.4)的存在性,不存在性和多解性的正解问题。
我也需要用到下面关键的条件:
这篇文章主要的工具是如下的锥上不动点指数定理[16—18]。
引理1.2 若是一个bananch空间,是一个锥,对任意的,定义,假设是一个全连续算子,当时。
1) 当则。
2) 当则。
2. 关于(1.1)—(1.2)的正解。
在本节中,我们首先提出了一些初步前提所需的主要在证明结果。
引理2.1.若令有如下等式成立,其对应格林函数为。
令范数被定义为是一个banach空间。显然这里表示在上的上确界范数。定义k是一个在x上的锥。
其中定义为。
容易验证,故求问题(1.1)—(1.2)的解可等价于求不动点方程的解,且由arzela-ascoli定理易证是全连续算子,为方便起见,做如下记号。
引理2.2 假设成立,若令,则有。
证明:(1)由已知可得,故有。
由引理1.2知当时。
对,定义。引理2.3.,若,则。
证明:引理的证明与参考文献[19]的证明类似,我们还能在[12,19]中找到相似的结论。
在这一节中,假设为正数,且满足。
定理2.1.假设成立。
1) 若其中或,则当时,(1.1)—(1.2)至少有一个正解。
2) 若,则当时,(1.1)—(1.2)至少有两个正解。
3) 若或,则当时,(1.1)—(1.2)至少有一个正解。
4) 若,则当时,(1.1)—(1.2)至少有两个正解。
5) 若且,则当时,(1.1)—(1.2)至少有一个正解。
6) 若且,则当时,(1.1)—(1.2)至少有一个正解。
7) 若,则对充分大的,(1.1)—(1.2)没有正解。
8) 若且对充分小的,(1.1)—(1.2)没有正解。
证明:(1)首先讨论的情况,对任意的小的正数,有。
存在(),当时有。
由引理2.3知,存在,()时,取,对任意的我们有。
应些我们对于任意的有。
由引理2.2知,若,取足够小的正数,
由于,根据引理2.3,存在使得。
取,对任何我们根据定理有。
我们由定理1.2知,由定理2.2知。
由不动点指数的可加性,当时,其中,当时,其中,因此当时,有不动点。
9) ,故当时,(1.1)—(1.2)至少有一个正解。当,有不动点,(1.1)—(1.2)至少有一个正解。
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