解的存在唯一性定理证明
命题5:设是积分方程在上的另一连续解。则。 证: 现证也是序列在上的一致收敛极限函数。由, , 得:
, 。
设,则 。由数学归纳法,对所有,有 。 因此,对所有,在有成立。但当时。故在上的一致收敛于。由极限的迫近函数序列为: 命 题 2:对所有,函数序列在上有定义、连续且满足不等式
证:当时, 。显然在上有定义、连续且有 ,即命题2当时成立。 由数学归纳法,设命题2当时成立,则对有: 知在上有定义、连续且有 命题2当时也成立。 由数学归纳法原理得命题2对所有均成立。 命 题 3:函数序列在上一致收敛。
解的存在唯一性定理
利用逐次逼近法,来证明微分方程的初值问题的解存在与唯一性定理。
一、【存在、唯一性定理叙述】 如果方程的右端函数在闭矩形区域上满足如下条件:
(1)、在上连续;
(2)、在上关于变量满足利普希茨条件,即存在常数,使对于上任何一点和
有以下不等式:。
则初值问题在区间上存在唯一解, 其中
二、【证明】 逐步迫近法: 微分方程等价于积分方程。 取,定义 可证明的满足积分方程。 通过逐步迫近法可证明解的存在唯一性。 命 题 1:先证积分方程与微分方程等价: 设是微分方程定义于区间上满足初值条件 的解,则是积分方程定义于区间上的连续解。反之亦然。 证: 因是微分方程的解,有 两边从到取定积分,得: 代入初值条件得: 即是积分方程定义于区间上的连续解。 反之,则有 微分得: 且当时有。即是微分方程定义于区间上满足初值条件的解。 现取,代入积分方程的右端,所得函数用表示,则,再将代入积分 方程的右端,所得函数用表示,则,以上称为1次近似, 称为2次近似。以此类推得
证:只须考虑级数-----(*) 在上一致收敛。 因其部分和为:,因, 设对成立。 则当时有 即对所有,在成立 。 其右端组成正项收敛级数
由魏氏判别法,级数(*)在上一致收敛。即在上一致收敛。命题3得 证。 现设 则在上有定义、连续且
命 题 4: 是积分方程在上的连续解。 证: 由利普希茨条件 及在上一致收敛于,知函数序列在上一致收敛 于。 于是即 是积分方程在上的连续解。