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)$在$(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)$和$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)$在$(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$在$(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.