非齐次的可解性和解决方案的属性和齐次向量积分方程<我nline-formula>
f
(
x
)
=
g
(
x
)
+
∫
0
∞
k
(
x
−
t
)
f
(
t
)
d
t
+
∫
−
∞
0
T
(
x
−
t
)
f
(
t
)
d
t
,在那里<我nline-formula>
K
,<我nline-formula>
T
是<我nline-formula>
n
×
n
矩阵值函数,<我nline-formula>
n
≥
1
非负可积的元素,被认为是在一个半保留(单数)的案例中,矩阵<我nline-formula>
一个
=
∫
−
∞
∞
K
(
x
)
d
x
是随机矩阵<我nline-formula>
B
=
∫
−
∞
∞
T
(
x
)
d
x
substochastic。结果表明,在一定条件下非齐次方程与相应的齐次同时拥有一个积极的解决方案。
1。作品简介:问题陈述
考虑标量或矢量积分方程在整个行有两个内核(见[
1- - - - - -
4):
2。辅助命题2.1。积分运算符
让<我nline-formula>
(
一个
,
b
)
⊂
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
。考虑巴拿赫空间(B-space)<我nline-formula>
l
(
一个
,
b
)
≡
l
1
(
一个
,
b
)
和相应的B-space<我nline-formula>
l
n
(
一个
,
b
)
向量值函数(向量列)<我nline-formula>
f
=
(
f
1
,
…
,
f
n
)
T
。在这里<我nline-formula>
T
是转置的标志。的准则<我nline-formula>
l
n
(
一个
,
b
)
被定义为(2.1)
为
f
为
=
∑
k
=
1
n
为
f
k
为
l
(
一个
,
b
)
=
ς
∫
一个
b
|
f
(
x
)
|
d
x
。
考虑线性拓扑空间<我nline-formula>
l
疯狂的
(
0
,
∞
)
的函数,每个有限区间上可积<我nline-formula>
(
0
,
r
)
,
r
<
∞
,空间<我nline-formula>
l
疯狂的
n
(
0
,
∞
)
具有的拓扑离散收敛。
上面介绍的单位算子在每个空间用<我nline-formula>
我
。让<我nline-formula>
Ω
n
下面的类卷积矩阵运营商在整个行:如果<我nline-formula>
U
̂
∈
Ω
n
,然后(2.2)
φ
(
x
)
=
U
̂
f
(
x
)
=
∫
- - - - - -
∞
∞
U
(
x
- - - - - -
t
)
f
(
t
)
d
t
,
U
∈
l
n
×
n
。
操作员<我nline-formula>
U
̂
∈
Ω
n
行为的空间<我nline-formula>
l
n
,<我nline-formula>
l
p
n
(
1
≤
p
≤
∞
)
,在其他空间的向量值函数。
类<我nline-formula>
Ω
n
是一种代数的核函数运营商产品内核函数的卷积的因素。
我们估计运营商的标准<我nline-formula>
U
̂
∈
Ω
n
在B-space<我nline-formula>
l
n
。让<我nline-formula>
C
≥
O
是下面的<我nline-formula>
n
×
n
矩阵:<我nline-formula>
C
=
(
c
k
米
)
=
∫
- - - - - -
∞
∞
|
U
(
x
)
|
d
x
。把(离散)模量(
2。2)和集成<我nline-formula>
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
之后,我们来到了不平等:(2.3)
∫
- - - - - -
∞
∞
|
φ
(
x
)
|
d
x
≤
C
∫
- - - - - -
∞
∞
|
f
(
t
)
|
d
t
。
这个不等式左边乘以向量<我nline-formula>
ς
之后,我们来到了不平等:(2.4)
为
U
̂
f
为
≤
γ
为
f
为
,
在哪里
γ
=
马克斯
k
∑
米
=
1
n
c
k
米
。
从这里估计如下:(2.5)
为
U
̂
为
≤
γ
。
让我们介绍一下投影仪投影(运营商)<我nline-formula>
P
±
的空间,可和或局部可和功能<我nline-formula>
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
平等:(2.6)
P
+
f
(
x
)
=
f
(
x
)
ϑ
(
x
)
,
P
- - - - - -
f
(
x
)
=
f
(
x
)
ϑ
(
- - - - - -
x
)
。
在这里<我nline-formula>
ϑ
是跳的亥维赛功能单位。在每一个空间中<我nline-formula>
l
p
(
1
≤
p
≤
∞
)
,我们有(2.7)
为
P
±
为
=
1
。
表示由<我nline-formula>
K
̂
,
T
̂
∈
Ω
n
下面的运营商,其内核函数<我nline-formula>
K
,
T
参与(
1.1):(2.8)
K
̂
f
(
x
)
=
∫
- - - - - -
∞
∞
K
(
x
- - - - - -
t
)
f
(
t
)
d
t
,
T
̂
f
(
x
)
=
∫
- - - - - -
∞
∞
T
(
x
- - - - - -
t
)
f
(
t
)
d
t
。
方程(
1.1)承认以下操作条目(2.9)
f
=
g
+
W
̂
f
,
在哪里<我nline-formula>
W
̂
=
K
̂
P
̂
+
+
T
̂
P
̂
- - - - - -
。
的投影机<我nline-formula>
P
̂
±
运营商的对角矩阵的对角元素<我nline-formula>
P
±
。
操作员<我nline-formula>
W
̂
是一个积分算子:(2.10)
W
̂
f
(
x
)
=
∫
- - - - - -
∞
∞
W
(
x
,
t
)
f
(
t
)
d
t
,
在哪里
W
(
x
,
t
)
=
K
(
x
- - - - - -
t
)
ϑ
̃
(
t
)
+
T
(
x
- - - - - -
t
)
ϑ
̃
(
- - - - - -
t
)
。
在这里<我nline-formula>
ϑ
̃
(
x
)
对角矩阵的对角元素吗<我nline-formula>
ϑ
(
x
)
。
我们估计的标准<我nline-formula>
W
̂
在<我nline-formula>
l
n
。首先假设内核函数<我nline-formula>
K
,
T
是任意的元素<我nline-formula>
l
n
×
n
。让<我nline-formula>
φ
=
W
̂
f
,<我nline-formula>
f
∈
l
n
。一个可以获得以下不平等(类似于(
2。3)):(2.11)
∫
- - - - - -
∞
∞
|
φ
(
x
)
|
d
x
≤
一个
∫
0
∞
|
f
(
t
)
|
d
t
+
B
∫
- - - - - -
∞
0
|
f
(
t
)
|
d
t
。
在这里<我nline-formula>
一个
=
(
一个
k
米
)
=
∫
- - - - - -
∞
∞
|
K
(
x
)
|
d
x
,
B
=
(
b
k
米
)
=
∫
- - - - - -
∞
∞
|
T
(
x
)
|
d
x
。
我们有<我nline-formula>
ς
一个
≤
λ
ς
,<我nline-formula>
ς
B
≤
μ
ς
,在那里(2.12)
λ
=
马克斯
米
∑
k
=
1
n
一个
k
米
,
μ
=
马克斯
米
∑
k
=
1
n
b
k
米
。
乘(
2.11)左边的向量<我nline-formula>
ς
,我们得到(2.13)
为
φ
为
≤
λ
ς
∫
0
∞
|
f
(
t
)
|
d
t
+
μ
ς
∫
- - - - - -
∞
0
|
f
(
t
)
|
d
t
≤
马克斯
(
λ
,
μ
)
为
f
为
。
因此,我们证明如下。引理2.1。
下面的估计的规范操作<我nline-formula>
W
̂
在<我nline-formula>
l
n
是有效的:(2.14)
为
W
̂
为
≤
问
=
马克斯
(
λ
,
μ
)
。
如果<我nline-formula>
问
<
1
,那么操作员<我nline-formula>
W
̂
正处于收缩状态,<我nline-formula>
l
n
因此,运营商<我nline-formula>
我
- - - - - -
W
̂
是可逆的,(
1.1),<我nline-formula>
g
∈
l
n
有一个独特的解决方案<我nline-formula>
f
∈
l
n
。如果与此<我nline-formula>
K
,
T
,
g
≥
O
,然后<我nline-formula>
f
≥
O
。
按照积分方程的一般理论和两个内核(见[
1,
2]),可逆性的运营商<我nline-formula>
我
- - - - - -
W
̂
在<我nline-formula>
l
n
,有必要实现nondegeneration的下列条件:(2.15)
依据
(
J
- - - - - -
K
¯
(
年代
)
]
≠
0
,
依据
(
J
- - - - - -
T
¯
(
年代
)
]
≠
0
,
- - - - - -
∞
<
年代
<
+
∞
。
在这里<我nline-formula>
J
是单位<我nline-formula>
n
×
n
矩阵;的矩阵<我nline-formula>
K
¯
(
年代
)
和<我nline-formula>
T
¯
(
年代
)
(elementwise)傅里叶变换<我nline-formula>
K
和<我nline-formula>
T
,分别。例如,<我nline-formula>
K
¯
(
年代
)
=
∫
- - - - - -
∞
∞
K
(
x
)
e
我
年代
x
d
x
,<我nline-formula>
- - - - - -
∞
<
年代
<
+
∞
。
在本节中,我们应当考虑的问题的可解性均匀半保留的非齐次方程(
1.1),(
1.9)在下列附加假设:存在一个强大的积极vector-column<我nline-formula>
η
这样<我nline-formula>
一个
η
=
η
,
η
>
O
。按照Perron-Frobenius定理(见[
8]),这些向量的存在<我nline-formula>
η
如果随机矩阵是安全的<我nline-formula>
一个
是一个不可约的。3.1。一个辅助方程
首先,考虑辅助保守维纳霍普夫方程(
1.10),(3.1)
O
≤
h
∈
l
n
(
0
,
∞
)
,
x
>
0
,
ς
一个
=
ς
,
一个
η
=
η
与保守的内核<我nline-formula>
K
参与(
1.1)。
下面的引理遵循从结果
9]:引理。
方程(
1.10),(
3所示。1)具有最小的解决方案<我nline-formula>
φ
≥
O
这是局部可积<我nline-formula>
(
0
,
∞
)
(见[
9])。下面的渐近持有(3.2)
∫
0
x
φ
(
t
)
d
t
=
o
(
x
2
)
,
x
⟶
∞
。
承认这种渐近调整附加假设内核<我nline-formula>
K
和自由项<我nline-formula>
h
(见[
9])。
表示由<我nline-formula>
ν
下列矩阵矩阵函数的第一时刻<我nline-formula>
K
:(3.3)
ν
=
∫
- - - - - -
∞
∞
x
K
(
x
)
d
x
,
的假设离散积分的绝对收敛。让(3.4)
σ
=
ς
ν
η
,
- - - - - -
∞
<
σ
<
+
∞
。
数量<我nline-formula>
σ
的分类中起主要作用的保守的方程(
1.10)(见[
9])。如果<我nline-formula>
σ
<
0
,然后(3.5)
∫
0
x
φ
(
t
)
d
t
=
o
(
x
)
,
x
⟶
∞
。
如果与自由<我nline-formula>
h
有一个有限的一阶矩:<我nline-formula>
∫
0
∞
t
h
(
t
)
d
t
<
∞
,然后<我nline-formula>
φ
∈
l
n
(
0
,
∞
)
。
考虑简单的迭代(
1.10):(3.6)
φ
(
米
+
1
)
(
x
)
=
h
(
x
)
+
∫
0
∞
K
(
x
- - - - - -
t
)
φ
(
米
)
(
t
)
d
t
,
φ
(
0
)
=
O
,
米
=
0 1
,
2
,
…
。
序列<我nline-formula>
φ
(
米
)
具有以下属性:<我nline-formula>
O
≤
φ
(
米
)
∈
l
n
(
0
,
∞
)
。很容易证明序列<我nline-formula>
φ
(
米
)
是单调的。我们确实有(3.7)
φ
(
米
+
1
)
(
x
)
- - - - - -
φ
(
米
)
(
x
)
=
∫
0
∞
K
(
x
- - - - - -
t
)
(
φ
(
米
)
(
t
)
- - - - - -
φ
(
米
- - - - - -
1
)
(
t
)
)
d
t
,
φ
(
0
)
=
O
,
米
=
0 1
,
2
,
…
。
使用的感应<我nline-formula>
米
,我们获得<我nline-formula>
φ
(
米
+
1
)
(
x
)
- - - - - -
φ
(
米
)
(
x
)
≥
O
,这意味着序列的单调性<我nline-formula>
φ
(
米
)
。序列<我nline-formula>
φ
(
米
)
收敛拓扑的单调<我nline-formula>
l
疯狂的
n
(
0
,
∞
)
最小的解决方案<我nline-formula>
φ
(
1.10):(3.8)
φ
(
米
)
↑
φ
在
l
疯狂的
n
(
0
,
∞
)
。
考虑现在(
1.1)条件下(3.9)
ς
一个
=
ς
,
一个
η
=
η
,
ς
B
≤
μ
ς
,
0
≤
μ
<
1
。
让我们考虑下面的迭代(
1.1):(3.10)
f
(
米
+
1
)
(
x
)
=
g
(
x
)
+
∫
0
∞
K
(
x
- - - - - -
t
)
f
(
米
)
(
t
)
d
t
+
∫
- - - - - -
∞
0
T
(
x
- - - - - -
t
)
f
(
米
)
(
t
)
d
t
,(3.11)
f
(
0
)
=
O
,
米
=
0 1
,
2
,
…
。
我们有(3.12)
f
(
米
)
∈
l
n
,
米
=
0 1
,
…
,
O
≤
f
(
米
)
(
x
)
↑
通过
米
。
让<我nline-formula>
f
̃
≥
O
是任何积极的解决方案(
1.1),(
3所示。9):(3.13)
f
̃
(
x
)
=
g
(
x
)
+
∫
0
∞
K
(
x
- - - - - -
t
)
f
̃
(
t
)
d
t
+
∫
- - - - - -
∞
0
T
(
x
- - - - - -
t
)
f
̃
(
t
)
d
t
。
很容易验证的感应<我nline-formula>
f
(
米
)
≤
f
̃
,对于每一个<我nline-formula>
米
≥
0
。因此,如果序列<我nline-formula>
f
(
米
)
→
f
收敛的拓扑<我nline-formula>
l
疯狂的
n
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
,然后<我nline-formula>
f
≤
f
̃
。3.1的话。
如果序列<我nline-formula>
f
(
米
)
→
f
收敛的拓扑<我nline-formula>
l
疯狂的
n
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
,然后可以取极限(
3.10),<我nline-formula>
f
≥
O
将最小的正解(
1.1)。
这个事实证明使用的单调性<我nline-formula>
f
(
米
)
和双边不平等(参见[
102)]项目。
让条件(
3所示。9)举行。然后(
1.1)具有最小的正解<我nline-formula>
f
∈
l
疯狂的
n
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
与<我nline-formula>
f
|
(
- - - - - -
∞
,
0
)
∈
l
n
(
- - - - - -
∞
,
0
)
和(3.15)
∫
0
x
f
(
t
)
d
t
=
o
(
x
2
)
,
x
⟶
+
∞
。
如果<我nline-formula>
∃
σ
<
0
,然后<我nline-formula>
∫
0
x
f
(
t
)
d
t
=
o
(
x
)
,
x
→
∞
。
证明。
(集成后的
3.10)/<我nline-formula>
x
在<我nline-formula>
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
,我们应(3.16)
一个
(
米
+
1
)
+
b
(
米
+
1
)
=
γ
+
一个
一个
(
米
)
+
B
b
(
米
)
,
在哪里<我nline-formula>
一个
(
米
)
=
∫
0
∞
ω
(
米
)
(
x
)
d
x
,
b
(
米
)
=
∫
- - - - - -
∞
0
ψ
(
米
)
(
x
)
d
x
,<我nline-formula>
γ
=
∫
- - - - - -
∞
∞
g
(
x
)
d
x
。
乘(
3.16)左边的向量<我nline-formula>
ς
和考虑(
3所示。9),我们获得不平等(3.17)
ς
一个
(
米
+
1
)
+
ς
b
(
米
+
1
)
≤
ς
γ
+
ς
一个
(
米
)
+
μ
ς
b
(
米
)
,
那之后,由于对序列的单调<我nline-formula>
一个
(
米
)
,
b
(
米
)
,这<我nline-formula>
(
1
- - - - - -
μ
)
ς
b
(
米
)
≤
ς
γ
。我们到达以下评估:(3.18)
ς
b
(
米
)
=
为
ψ
(
米
)
为
≤
(
1
- - - - - -
μ
)
- - - - - -
1
ς
γ
。
它遵循从b . Levy著名的定理,单调且受规范约束序列<我nline-formula>
ψ
(
米
)
是收敛的<我nline-formula>
l
n
(
- - - - - -
∞
,
0
)
:(3.19)
O
≤
ψ
(
米
)
↑
ψ
∈
l
n
(
- - - - - -
∞
,
0
)
。
现在比较关系(
3.10)<我nline-formula>
x
>
0
与迭代(
3所示。6),<我nline-formula>
h
(
x
)
=
g
(
x
)
+
∫
- - - - - -
∞
0
T
(
x
- - - - - -
t
)
ψ
(
t
)
d
t
,
x
>
0
(<我nline-formula>
ψ
决定根据(
3.19))。由于<我nline-formula>
ψ
(
米
)
≤
ψ
,我们有不平等<我nline-formula>
ω
(
米
)
(
x
)
≤
φ
(
米
)
(
x
)
,
x
>
0
,
米
=
0 1
,
…
。因此<我nline-formula>
ω
(
米
)
(
x
)
≤
φ
(
x
)
,
x
>
0
,
米
=
0 1
,
…
。根据勒贝格定理,单调序列<我nline-formula>
ω
(
米
)
收敛的拓扑<我nline-formula>
l
疯狂的
n
(
0
,
∞
)
:(3.20)
O
≤
ω
(
米
)
↑
ω
∈
l
疯狂的
n
(
0
,
∞
)
。
我们已经获得的缩小单调迭代序列<我nline-formula>
f
(
米
)
负半轴是收敛的<我nline-formula>
l
n
(
- - - - - -
∞
,
0
)
的缩小<我nline-formula>
f
(
米
)
正半轴是收敛的<我nline-formula>
l
疯狂的
n
(
0
,
∞
)
。如果我们表示<我nline-formula>
f
(
x
)
=
{
ω
(
x
)
,
x
>
0
ψ
(
x
)
,
x
<
0
,
然后<我nline-formula>
f
(
米
)
→
f
在<我nline-formula>
l
疯狂的
n
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
(即。,在<我nline-formula>
l
n
(
- - - - - -
∞
,
r
)
,
为
所有
r
<
+
∞
)。采取限制在(
3.10)(见备注
3所示。1),我们得到的向量函数<我nline-formula>
f
满足(
1.1),(
3所示。9),因此,它是最小的解决方案。这个定理证明。
齐次系统(
1.1)条件下(
3所示。9)将被认为是在目前的部分:(4.1)
G
(
x
)
=
∫
0
∞
K
(
x
- - - - - -
t
)
G
(
t
)
d
t
+
∫
- - - - - -
∞
0
T
(
x
- - - - - -
t
)
G
(
t
)
d
t
。
首先考虑在相应的保守均匀维纳霍普夫方程组:(4.2)
年代
(
x
)
=
∫
0
∞
K
(
x
- - - - - -
t
)
年代
(
t
)
d
t
。
让我们制定一些结果在系统(正解的存在性
4.1)(见[
9])。定理。
让<我nline-formula>
K
满足的条件<我nline-formula>
ς
一个
=
ς
,
一个
η
=
η
(见(
3所示。9)),下列条件之一(a)或(b):
(一)
对称(这里的财产<我nline-formula>
T
是转置的标志):(4.3)
K
(
- - - - - -
x
)
=
K
T
(
x
)
,
下列积分的收敛是必要的和充分的<我nline-formula>
年代
有一个负半轴上可积的扩展(4.6)
∫
0
∞
年代
(
t
)
d
t
∫
- - - - - -
∞
- - - - - -
t
K
(
x
)
d
x
<
+
∞
。
如果(
4.6),然后我们会有<我nline-formula>
年代
∈
l
疯狂的
n
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
,
年代
(
x
)
>
O
。
它遵循渐近(
4.5)实现的需求(
4.6),它是充分的,内核函数<我nline-formula>
K
(离散)有限的负半轴的惯性矩,也就是说,(4.7)
∫
0
∞
K
(
- - - - - -
x
)
x
2
d
x
<
+
∞
。
现在考虑,统一半保留的(
4.1)。定理4.1。
让齐次方程(
4.2)满足条件(
3所示。9),(
4.7),这两个条件(
4.3)或(
4.4)。那么存在一个解决方案<我nline-formula>
G
>
O
,<我nline-formula>
G
∈
l
疯狂的
n
(
- - - - - -
∞
,
∞
)
这个方程。渐近控制如下:(4.8)
∫
- - - - - -
∞
x
G
(
t
)
d
t
=
O
(
x
2
)
,
x
⟶
∞
。
证明。
根据定理,存在一个解决方案<我nline-formula>
年代
>
O
(
4.1)。不平等(
4.6)遵循的条件(
4.7)和渐近(
4.5);因此,<我nline-formula>
年代
∈
l
n
(
- - - - - -
∞
,
0
)
。
我们引入一个新的寻求向量函数<我nline-formula>
f
≥
O
在(
4.1)的关系:(4.9)
G
(
x
)
=
f
(
x
)
+
年代
(
x
)
,
- - - - - -
∞
<
x
<
+
∞
。
用(
4.9)(
4.1),由于对(
4.2),我们获得一个非齐次方程的类型(
1.1)对<我nline-formula>
f
,在这(4.10)
g
(
x
)
=
∫
- - - - - -
∞
0
T
(
x
- - - - - -
t
)
年代
(
t
)
d
t
,
x
∈
R
。
因为<我nline-formula>
年代
∈
l
n
(
- - - - - -
∞
,
0
)
,我们有<我nline-formula>
g
∈
l
n
。根据定理
3所示。2存在一个(最小的)解决方案(
1.1与自由词()
4.10)这意味着强大的存在正解的形式(
4.9)的齐次方程(
4.1)。
渐近(
4.8)遵循立即的属性<我nline-formula>
f
和<我nline-formula>
年代
包括在定理
3所示。2和定理的定理证明。
值得注意的是,在定理的条件
4.1,非齐次方程(
1.1)(<我nline-formula>
g
∈
l
n
)和齐次方程(
4.1)同时有积极的解决方案。