Solution of a second-order algebro-differential equation in a Banach space

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This article is devoted to the study of the algebro-differential equation
\begin{equation*}
A\frac{d^2u}{dt^2}=B\frac{du}{dt}+Cu(t)+f(t),
\end{equation*}
where $A,$ $B,$ $C$ are closed linear operators acting from a Banach space $E_1$ into a Banach space $E_2$ whose domains are everywhere dense in $E_1$. $A$ is a Fredholm operator with zero index (hereinafter, Fredholm), the function $f(t)$ takes values in $E_2$; $t\in[0;T]$. The kernel of the operator $A$ is assumed to be one-dimensional. For solvability of the equation with respect to the derivative, the method of cascade splitting is applied, consisting in the stepwise splitting of the equation and conditions to the corresponding equations and conditions in subspaces of lower dimensions. One-step and two-step splitting are considered, theorems on the solvability of the equation are obtained. The theorems are used to obtain the existence conditions for a solution to the Cauchy problem. In order to illustrate the results obtained, a homogeneous Cauchy problem with given operator coefficients in the space $\mathbb{R}^2$ is solved. For this, it is considered the
second-order differential equation in the finite-dimensional space $\mathbb{C}^m$
\begin{equation*}
\frac{d^2u}{dt^2}=H\frac{du}{dt}+Ku(t).
\end{equation*}
The characteristic equation $M(\lambda):=\det(\lambda^2 I-\lambda H-K)=0$ is studied. For the polynomial $M(\lambda),$ in the cases $m=2,$ $m=3,$ the Maclaurin formulas are obtained. General
solution of the equation is defined in the case of the unit algebraic multiplicity of the characteristic equation.

About the authors

Vladimir I. Uskov

Voronezh State University of Forestry and Technologies after named G. F. Morozov

Author for correspondence.
Email: vum1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3542-9662

Candidate of Physics and Mathematics, Senior Lecturer of the Mathematics Department

Russian Federation, 8 Timiryazeva St., Voronezh 394613, Russian Federation

References

  1. Н.Д. Копачевский, С.Г. Крейн, Нго Зуй Кан, Операторные методы в линейной гидродинамике, Наука, М., 1989. [N.D. Kopachevsky, S.G. Krein, Ngo Zuy Kan, Operator Methods in Linear Hydrodynamics, Nauka Publ., Moscow, 1989 (In Russian)].
  2. R.C. Dorf, R.H. Bishop, Modern Control Systems, Pearson Education International, England, 2008.
  3. M.M. Cavalcanti, V.N. Domingos Cavalcanti, J. Ferreira, “Existence and uniform decay for a non-linear viscoelastic equation with strong damping”, Mathematical Methods in the Applied Sciences, 24 (2001), 1043–1053.
  4. М.Н. Ботороева, О.C. Будникова, Л.C. Соловарова, “О выборе краевых условий для дифференциально-алгебраических уравнений второго порядка”, Вестник Бурятского государственного университета. Математика, информатика, 2019, №3, 32–41. [M.N. Botoroeva, O.S. Budnikova, L.S. Solovarova, “On the choice of boundary conditions for second-order differential-algebraic equations”, BSU Bulletin. Mathematics, Informatics, 2019, №3, 32–41].
  5. С.С. Орлов, “Непрерывные решения вырожденного интегро-дифференциального уравнения второго порядка в банаховых пространствах”, Известия Иркутского государственного университета. Серия «Математика», 2:1 (2009), 328–332. [S.S. Orlov, “Continuous solutions of a second-order degenerate integro-differential equation in Banach spaces”, The Bulletin of Irkutsk State University. Series Mathematics, 2:1 (2009), 328–332].
  6. В.И. Усков, “Разрешение алгебро-дифференциального уравнения второго порядка относительно производной”, Вестник российских университетов. Математика, 26:136 (2021), 414–420. [V.I. Uskov, “Solving a second-order algebro-differential equation with respect to the derivative”, Russian Universities Reports. Mathematics, 26:136 (2021), 414–420].
  7. С.М. Никольский, “Линейные уравнения в линейных нормированных пространствах”, Известия Академии Наук СССР. Серия математическая, 7:3 (1943), 147–166. [S. Nikolsky, “Linear equations in normed linear spaces”, Izv. Akad. Nauk SSSR Ser. Mat., 7:3 (1943), 147–166].
  8. С.П. Зубова, В.И. Усков, “Асимптотическое решение задачи Коши для уравнения первого порядка с малым параметром в банаховом пространстве. Регулярный случай”, Математические заметки, 103:3 (2018), 393–404; англ. пер.: S.P. Zubova, V.I. Uskov, “Asymptotic Solution of the Cauchy Problem for a First-Order Equation with a Small Parameter in a Banach Space. The Regular Case”, Mathematical Notes, 103:3 (2018), 395–404.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».