2
$\开始组$

$f(\cdot)$是上的连续可微函数$\mathbb{R}$、和L^2_{loc}(0,\infty)中的$u\$$a\in\mathbb{R}$、和x美元(吨)$求解的积分$$\dot{x}(t)=轴(t)+f(x(t))+u(t),\quad x(0)=x_0\in\mathbb{R}$$

众所周知$x_0美元$R美元$,其中$\|u\|2\le R$,有一段时间T美元$这样,上述方程的积分就有了解$x\单位为C([0,T])$.这是真的吗美元(吨)$其中有一个积分解$x\单位为C([0,T])$exists实际上是$L^2(0,T)$包含$$U={U(t):\|U\|2\le R\}$$


对于一般的巴拿赫空间,同样的问题又如何呢美元$成为生成半群的操作员?


请注意,在示例中$\dot{x}=x^2-R+u$具有$x(0)=0$; 我们有一个全球解决方案$|u|\le R(右)$.我们知道没有全球的的解决方案$u>卢比$.但对于每个$T(美元)$,选择$\epsilon<\frac{\pi^2}{4T^2}$那么有这个地方的解决方案$x(t)=\sqrt\epsilon\tan(\sqrt\ epsilon t)$定义在$[0,T]$对应于$u=R+\epsilon$.

$\端组$
6
  • $\开始组$ 请注意,放大时间仍然持续取决于$\|u\|_2$。减少$\|u\|_2$,放大时间将增加。设$T$为固定数;我们得到了$u_2\le R$,对于某些$R$,有一个解决方案。现在怎么样?每个输入$\|u\|_2=R$周围是否有一个开放集? $\端组$ 2018年10月15日23:55
  • $\开始组$ @我澄清了这个问题。 $\端组$ 2018年10月16日5:08
  • $\开始组$ 我对这个问题有些不清楚。您询问C([0,t])$中$x\存在的所有$u(t)$的集合是否打开,我将用$B\substeqL^2_{rm-loc}(\mathbb{R})$表示。但是,你会问“换句话说”,$u_0\in\partialU$是否是一个内点。这是为了声称$U$是开放的,这需要较少的那B$就打开了。 $\端组$ 2018年10月16日6:36
  • $\开始组$ 为了避免混淆,我删除了那句话。 $\端组$ 2018年10月16日6:39
  • $\开始组$ 同样需要澄清的是:您修复了一个时间$T>0$,问题是$L^2(0,T)$中所有$u$的集合是否在$L^1(0,T)$中打开,从而使您的方程的解$x_u$存在于$[0,T]$上。这就是它吗? $\端组$
    – 汉内斯
    2018年10月16日8:14

1答案1

重置为默认值
$\开始组$

隐函数定理通常有助于得出这样的结论。在您的示例中,您将(微分方程)转换为函数空间上的运算符。$$E\冒号W^{1,2}(0,T)\乘以L^2(0,T)\到L^2$$具有$$E(x,u)=ax+f(x)+u-\点x$$(人们也可以用不同的方法来设置它,例如直接使用杜哈迈尔公式,但原理保持不变。)然后,微分方程满足于x美元$用于参数$u(美元)$$(0,T)$为了你想要的规律$E(x,u)=0$.

然后你展示一下E美元$是连续可微的,并且对于给定的$(\bar x,\bar u)$,线性(!)运算符$\partial_x E(\bar x,\bar u)$是连续可逆的。(中的偏导数$(\bar x,\bar u)$然后将成为$\mathcal L(W^{1,2}(0,T);L^2(0,T))$其对应于原始非线性方程的线性化方程。)

从这里,IFT告诉你如果你有一双W^{1,2}(0,T)中的$(\bar x,\bar u)乘以L^2(0,T)$满足微分方程,所以$E(\bar x,\bar u)=0$,那么就存在开放式社区 $U_{\bar x}$属于美元\bar x$在里面$W^{1,2}(0,T)$$U_{\bar U}$属于美元\bar u$在里面$L^2(0,T)$与隐式函数一起使用$\varphi\colon U_{\bar U}\到U_{\bar x}$这样的话$E(\varphi(u),u)=0$为所有人$u\在u_{\bar u}中$(事实上$(\varphi(u),u)$是社区中唯一的对来验证这一点。)

剩下的唯一事情就是确定确实存在解决方案W^{1,2}(0,T)中的$\bar x$对应于L^2(0,T)中的$\bar u$ 完全(通常这里的第一个候选人是$u\equiv0$.)然后,上述推理为您提供了开式集合 $U_{\bar U}$围绕美元\bar u$这样每一个$u\在u_{\bar u}中$有一个独特的解决方案$x_u:=\varphi(u)$$(0,T)$你的方程式。

当然,这套$U_{\bar U}$包括一个球$B_{R_\ast}(\bar u)$围绕美元\bar u$在里面$L^2(0,T)$对于$R_\最新$足够小。反过来,如果你碰巧知道$u\单位:百万$对于某些集合百万美元$产生解决方案$x_u$$(0,T)$然后你就有了开放的社区$单位(_U)$对于每个$u\单位:百万$这样的解决方案$x_v(美元)$关联到$v\单位为U_U$在上再次存在$(0,T)$因此,$$U_{M}:=\bigcup_{U\在M}U_U中$$是一个包含百万美元$其元素都会导致$(0,T)$.

一般来说,在给定的情况下,要得到的结果是,参数/控制集$u(美元)$生成解决方案$x_u$在给定的时间间隔内打开(事实上,IFT还告诉您解决方案映射 美元\varphi$是连续可微的,这可能也很有趣。)

该技术推广到演化方程设置。

我对巴纳赫太空IFT的标准参考是谢尔盖·朗的书,这是第十四章,Thm。2.1. (参见下面的引文。)该技术通常用于显示解运算符(此处美元\varphi$)在最优控制问题是连续可微的,以便应用一阶最优性条件来描述最优控制问题的解,因此我还为此添加了两个参考文献(Tröltzsch和Hinze/Pinnau/Ulbrich/Ulbich的书)。(虽然这些书是关于PDE的最佳控制的,但我就是从那里来的,所以……)

谢尔盖·朗、实际和功能分析。,数学研究生课文。142.纽约:Springer-Verlag。xiv,580页(1993年)。ZBL0831.46001号.

Fredi Tröltzsch,偏微分方程的最优控制。理论、程序和应用。,威斯巴登:Vieweg(ISBN 3-528-03224-3)。x、 297页。(2005年)。ZBL1142.49001号.

Hinze,M。;皮诺,R。;Ulbrich,M。;乌尔布里奇,S。基于PDE约束的优化《数学建模:理论与应用》23。多德雷赫特:施普林格(ISBN 978-1-4020-8838-4/hbk;978-1-4020-8839-1/电子书)。xi,270页。(2009).ZBL1167.49001号.

$\端组$
4
  • $\开始组$ 它不应该是接近区间$[0,t]$吗。 $\端组$ 2018年10月16日17:33
  • $\开始组$ 这对Sobolev或Lebesgue空间没有区别,但$W^{1,2}(0,T)$连续嵌入到$(0,T)$上的有界$1/2$-Hölder函数中,该函数允许对$[0,T]$进行唯一的(Hölder-)扩展。 $\端组$
    – 汉内斯
    2018年10月16日17:45
  • $\开始组$ 对;这是正确的。也可以在你的回答中提及参考。非常感谢。 $\端组$ 2018年10月16日17:47
  • $\开始组$ 完成了,不客气。 $\端组$
    – 汉内斯
    2018年10月16日18:29

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