 
        
        книги из ГПНТБ / Макаров, В. Л. Математическая теория экономической динамики и равновесия
.pdf| 180 | О П Т И М А Л Ь Н Ы Е | Т Р А Е К Т О Р И Й | [ Г Л . | Ш | 
| (t = | 0, 1, 2, . . .); если (т, t) | ЕЕ Е и а; ЕЕ К,, | то ат , t (х) | = | 
=а-'
| Отображения ат,;, как нетрудно | проверить, | супер | |||||||||||||||
| линейны. Покажем, | 
 | что | семейство (ат ,,)( 1 . ( | ) | & g удовлетво | ||||||||||||
| ряет | условию | согласования. | Пусть | t < | £' < 2". Прове | ||||||||||||
| рим, что | отображения а,», , и аг », /' ° я-с, < совпадают на ко | ||||||||||||||||
| нусе | а1 (К) | ,П К. | В | самом деле, | пусть | у ЕЕ «/",; (ж) | (х ЕЕ | ||||||||||
| ЕЕ а1 | (К) | П К). | Тогда у ЕЕ а}"~1 | (х), | н | потому | найдется | ||||||||||
| i''-шаговая | траектория | (х0, | хх, . . | ., | xt, | 
 | . . ., | xv, . . . | |||||||||
| . . ., xi») | модели Z такая, что xt | = х, | х(- | = | 
 | у. Элемент х^ | |||||||||||
| входит в конусы К | и а'' | (К), | т. е. xt> ЕЕ Kf. | Кроме | того, | ||||||||||||
| xt' ЕЕ а{'-' | (х) | 
 | и у ЕЕ a'"-1' | (xt'). | Это показывает, | что | спра | ||||||||||
| ведливо | включение | я-rv 0е ) С a r , r ° ai',i | (х)- Подобным | ||||||||||||||
| же образом проверяется обратное включение. Итак, | су | ||||||||||||||||
| перлинейные отображения a( »l f и | a(«tf°at'A | 
 | 
 | совпадают на | |||||||||||||
| конусе а1 (К) | П К; | 
 | отсюда | следует, | что | они | совпадают | ||||||||||
| и на замыкании Kt | 
 | этого конуса. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||
| Очевидно, что пучок траекторий модели ?KZ | совпадает | ||||||||||||||||
| с совокупностью | всех траекторий модели | Z. | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||
Для изучения конечных (Г-шаговых) траекторий моде ли Неймана — Гейла можно привлечь дискретную модель
| первого | рода | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| 
 | ml | = { { 0 , 1 , . . . , | г ] , ( х ,)£.„, | (K,)Lo, | (я,.«)о<«<т<т}, | |||||
| где | пространства | Хи | конусы | К, | (t < | Т) | и | отображения | ||
| о Т ) , | (t <Z т < | Т) | таковы же, что | и в модели | (10.1): | |||||
| 
 | 
 | Кт | = ат {К), | Хт = КТ | — Кт, | aTft | = | а?-1. | ||
Сказанное позволяет естественным образом определить в модели Неймана — Гейла те объекты, которые рассмат ривались в технологических моделях. В частности, будем говорить, что траектория (конечная траектория) модели Z обладает каким-либо свойством (оптимальностью, до пускает характеристику и т. д.), если она обладает этим
| свойством, | как траектория | модели | Шг (модели | SKz). | ||
| Эти определения | согласованы | в том | смысле, что | если | ||
| Г-кусок траектории % модели Z обладает одним из рассмат | ||||||
| риваемых | свойств | в смысле модели | 5Rz, то он | обладает | ||
| этим свойством и в смысле 93JzВсе | результаты | первых | ||||
двух параграфов этой главы, относящиеся к технологичес ким моделям, справедливы и для модели Z. (Формулируются
§ 10] Т Р А Е К Т О Р И И В К О Н К Р Е Т Н Ы Х М О Д Е Л Я Х 181
они в терминах модели 93?z (или СК1); поскольку, однако> связь между производственными отображениями моде лей Z и Ш% достаточно проста, зти результаты нетрудно перевести на язык модели Z.)
Отметим, в частности, что из каждой точки х конуса К исходят оптимальные траектории (см. лемму 8.1). Если
| х ЕЕ i n t К, | то каждая | оптимальная | траектория, исходя | |||||
| щая | из | х, | допускает | характеристику (см. теорему 9.8). | ||||
| В случае, когда Z — модель Неймана, последний резуль | ||||||||
| тат может быть существенно усилен. | 
 | |||||||
| Т | е о р е м а | 10.1. | Пусть Z — модель Неймана и точка | |||||
| х ЕЕ К | такова, | что | при всех натуральных t множество | |||||
| а1 (х) | пересекается с К | и а1 (х) [)К | ф {0}. Тогда каждая | |||||
| конечная оптимальная | траектория, | исходящая из | точки | |||||
| х, допускает характеристику; каждая оптимальная | тра | |||||||
ектория, исходящая из х, допускает слабую характерис тику.
Д о к а з а т е л ь с т в о . Так как Z — многогранный конус, то конус ZT — график отображения аТ (Т = 1, 2, . . .) — также многогранен. Непосредственно из опре
| деления следует, что график | Z y j 0 производственного | ото | |||||||||||||
| бражения | ат,о модели | 
 | 
 | имеет вид ZT,O — Z r | П (К | X | |||||||||
| X i?"). Из многогранности Z следует, что конус К | = | Ргх | Z | ||||||||||||
| многогранен, | а потому и конус Z T i 0 | многогранен. Из мно | |||||||||||||
| гогранности | ZT,O | следует | в | свою | очередь | что | конус | ||||||||
| ат(К) | — Рг2 ZT,O многогранен. Это означает, что конус Кт, | ||||||||||||||
| фигурирующий в определении модели SffiJ,— | многогра | ||||||||||||||
| нен. | Используя, | наконец, | то | обстоятельство, | что | график | |||||||||
| nZr,о | отображения пат.о выражается через | Z r , 0 | n o | фор | |||||||||||
| муле | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| 
 | 
 | nZT,0 = | (Z r , 0 | - | ({0} | х | Кт)) | П ( i f | X Кт), | 
 | 
 | 
 | |||
| получим, что и конус | HZT,O | 
 | многогранен. | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||
| Рассмотрим теперь оптимальную Г-шаговую траекто | |||||||||||||||
| рию | х = | (xt)J=o, | исходящую | из точки х. | Поскольку | ко | |||||||||
| нус | IIZT.O | многогранен, | то | и множество | (пат, о) - 1 (%т) — | ||||||||||
| — {Ж ЕЕ К\($, | хт) ЕЕ nZr,o} | 
 | многогранно. Используя | оп | |||||||||||
| тимальность % и то обстоятельство, что ат,о(х)Ф | {0}, | ||||||||||||||
| получим, привлекая предложение 8.4, что | х — гранич | ||||||||||||||
| ный снизу элемент множества | (пат.оУ1 (хт)- | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||
182 О П Т И М А Л Ь Н Ы Е Т Р А Е К Т О Р И Й [ГЛ. Ш
| Из | сказанного | следует, | что | выпуклое | множество | |||||
| (Яа;)хе(0,1) не | пересекается с многогранным | множеством | ||||||||
| ( « a T j 0 ) _ 1 ( x j ' ) , | и потому, | используя | теорему | отделимости, | ||||||
| найдем | функционал / такой, что при % ЕЕ (0, 1) | 
 | ||||||||
| 
 | 
 | / ( t e ) < c = | miu | f(y). | (10.2) | |||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | !/S(naTo)-i(.vT) | 
 | 
 | 
 | |||
| Из | замечания | к предложению | 
 | 8.5 | вытекает, | что | ||||
| / ЕЕ К0- | Так | как | я ЕЕ (ияг,о)- 1 (^г), то, | используя | (10.2), | |||||
| имеем | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| 
 | 
 | / (х) > с > / (Кх) | > 0. | 
 | 
 | (10.3) | ||||
| Кроме того, снова привлекая | (10.2), получим | 
 | ||||||||
| 
 | 
 | 
 | / (х) = | l i m / (Кх) < | с. | 
 | 
 | (10.4) | ||
| 
 | 
 | 
 | 
 | X—1-0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| Из (10.3) и (10.4) | вытекает, | что | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||
| 
 | 
 | 0 < / ( i ) = | c = | m i u | /(у). | 
 | 
 | |||
| 
 | 
 | 
 | 
 | V & n a T | л)->(хт) | 
 | 
 | 
 | ||
Таким образом, траектория % удовлетворяет необхо димому и достаточному условию характеристики (теоре
| ме 9.5) и, стало | быть, допускает характеристику. | ||
| Первая | часть | теоремы доказана. | 
 | 
| Пусть | теперь | % — оптимальная | траектория модели | 
| Z. Рассматривая | % как траекторию модели 9Kz, нетрудно | ||
| установить, рассуждая так же, как | при доказательстве | ||
первой части, что каждый Г-кусок % допускает характе ристику. Для завершения доказательства осталось сос латься на теорему 9.6'.
| 2. 12™-оптпмальные траектории. | Среди ^-шаговых | 
| траекторий хт = (^г);=о модели | Неймана — Гейла Z | 
наибольший интерес с экономической точки зрения пред
| ставляют те, для которых | существует | функционал | |
| / ЕЕ (-R+)* такой, что | 
 | 
 | 
 | 
| f(xT)= | max | f(y). | (10.5) | 
Эти траектории будем называть слабо Я^-оптималъными. Если, кроме того, хотя бы при одном /, удовлетворяющем равенству (10.5), выполняется неравенство / (хт) > 0, то траекторию % назовем Щ-оптпималъной. Интерес к
| Т Р А Е К Т О Р И И В К О Н К Р Е Т Н Ы Х М О Д Е Л Я Х | 183 | 
этим траекториям вызван тем, что именно функционал / из (R+)* уместно трактовать как цены (при этом коорди ната /* функционала / интерпретируется как цена едини цы i-ro «продукта»). Очевидно, что слабо ^"-оптимальная траектория % слабо оптимальна. Если, кроме того, / (хт) ^> О, то эта траектория оптимальна.
| 
 | К | 
 | сожалению, | для | 
 | /?"-оптимальных Г-траекторий | |||||||||||||||||
| не | всегда | выполняется | принцип | оптимальности, | т. | е. | |||||||||||||||||
| i-кусок | .й"-оптимальной тра | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||
| ектории | не | обязан | быть | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||
| R+- | оптимальным. | 
 | Приведем | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||
| пример, подтверждающий это | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||
| обстоятельство. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||
| 
 | П р и м е р . | В | пространств | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||
| R- | рассмотрим | конус | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| 
 | 
 | К | = | {х | 
 | Л 2 | \х"- > | х1} | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| н множество | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||
| (рис. | 25). | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 
 | Рассмотрим модель Неймана — Гейла Z, | определяемую | произ | ||||||||||||||||||||
| водственным | отображением | а | : А' —» П (Л2 .), | где | а | (х) | = | (яа | —х 1 ) | |. | |||||||||||||
| Отображение | а | суперлинейно; | оно | аддитивно | (т. | е. а | (ху + | х2) | = | ||||||||||||||
| = | a (xj) | -f- а | (х2 )); нетрудно проверить, что конус Z | многогранен и, | |||||||||||||||||||
| стало | быть, Z — модель Неймана. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||
| 
 | Исследуем 2-шаговые траектории модели Z. | С этой целью | по | ||||||||||||||||||||
| строим модель | 
 | Поскольку | а | {К) | = | Л 2 , | то | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||
| 
 | 
 | Ш\ - | {{0,1, | 2}, (Л',),= 0 > 1 ,2 , | (/c,),=0,li2, | к , | 
 | , ) 0 < « ^ , Ь | 
 | ||||||||||||||
| где | Х0 | 
 | = | Ху | = | Л% = | В2, | К0 | 
 | = | Ку | = А", А'2 | = | Л 2 , | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| 
 | 
 | 
 | Д 1,о (х) | = | о (г) | П | К, | 
 | а г л | 
 | (х) | = | в (г), | а2 , 0 = | а- | (х). | 
 | 
 | |||||
| 
 | Положим as 0 =(l, 2). Тогда | a | ( х 0 ) = § , a 2 | (a;0) = | U | (х2- | х1) | 
 | |||||||||||||||
| Каждая Л2 -онтимальиая 2-шаговая | траектория %2, исходящая | из | |||||||||||||||||||||
| точки | .г0, | имеет вид | ул | = (х0 , | хх, | я2 ), | где ^ | 
 | = | (0, 1), | х2 = | (2, | X), | ||||||||||
| причем | 0 <^ X | 2: 1-кусок Xi = | (хо, | -Ч) | траекторпн | у_о оптимален, | |||||||||||||||||
| но | не | Л2 -оптимален. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
Этот пример показывает также, что Л"-оптимальная траектория не всегда допускает характеристику
184 О П Т И М А Л Ь Н Ы Е Т Р А Е К Т О Р И И [ Г Л . I I I
Ф = (/,)iLo такую, что /, ЕЕ (it1™)*. Действительно, траек тория %2, рассмотренная в примере, исходит из внутрен ней точки конуса X и потому допускает характеристику ф = (/0, /ц/о). При этом функционал fx обладает тем свой ством, что fx (хх) = max fx (у). Все функционалы, обладаю-
щие этим свойством, не принадлежат конусу (i?+)*. Представляет интерес описать те модели Неймана —
Гейла, в которых Л+-оптимальные Г-траектории обладают «хорошими» свойствами. Одна из этих моделей рассмат ривается в следующем пункте.
3.Правильная' модель Нейиаиа — Гейла. Модель
| Неймана — Гейла назовем правильной, если конус | К = | 
| = PrxZ совпадает с Д+- Наряду с моделью (10.1) для | изу | 
чения траектории правильной модели можно использо
| вать | модель | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| 
 | 3JZ = {Е, ( Х ( | ( 1 ) | ) , е Е , | (K^)teB, | ( а $ ) ( х . ц е В } , | 
 | ||
| где, как и раньше, Е | = | {0, 1, 2, . . .}, | XJl) | = Rn, | К$° = | |||
| = R+ | (t ЕЕ Е), а% = | дг -( | (т, t) | ЕЕ Е). | Очевидно, -что | |||
| 2RZ — правильная конечномерная | модель | второго | рода, | |||||
пучок траекторий которой совпадает с совокупностью всех
| траекторий модели | Z. Из | предложения 8.6 следует, что | |||||
| Г-траектория % = (xt)f=0 | 
 | модели | 3?z, исходящая | из точ | |||
| ки х такой, что | ат | (х) | -j= | {0}, | является | оптимальной | |
| Г-траекторией этой | модели тогда и только | тогда, | когда | ||||
| X Л+-оптимальна, | как | Г-гдаговая | траектория модели Ъ. | ||||
Это простое замечание позволяет легко установить спра ведливость следующих утверждений.
1)Для Д"-оптимальных Г-шаговых траекторий пра вильной модели Неймана — Гейла Z выполнен принцип оптимальности.
2)Из каждой точки х конуса R\ исходит Д"-оптималь- ная траектория модели Z (т. е. траектория, обладающая
тем свойством, что каждый ее Г-кусок Л"-оптимален).
3)Если Л""оптимальиая траектория % исходит из
| внутренней точки х конуса | то она допускает характе | 
ристику ф = (/() такую, что ft ЕЕ (#+)*.
| § 10] | Т Р А Е К Т О Р И И В К О Н К Р Е Т Н Ы Х М О Д Е Л Я Х | 185 | 
4) Если Z — модель Неймана, то каждая /^-опти мальная траектория %, исходящая из точки х, для которой а1 (х) Ф {0} при всех t Ф 0, допускает слабую характе ристику ф = (/() такую, что /, £5 (i?+)*; каждая ^ - о п  тимальная Г-шаговая траектория, исходящая из х, до пускает характеристику, обладающую тем же свойством.
4. Модель типа Неймана — Гейла. Рассмотрим дина мическую модель нестационарной экономики, функцио
| нирующую | в | дискретном времени, которая | называется | ||||
| моделью типа | Неймана— Гейла. Она определяется как | ||||||
| последовательность | выпуклых замкнутых конусов | (Z,)^0 , | |||||
| где Zt С | Д ? | X ЁТ\ | (0, | у) $ Z, | при у ф | 0 и Pr2 Z, f] | |
| f] i n t | Ф | ф. (Иногда | под | моделью | типа | Нейма | |
на — Гейла понимают модель, определяемую лишь конеч ным числом конусов (см. § 5); эта модель, однако, очевид ным образом вкладывается в определенную выше, и мы ее отдельно не рассматриваем.) Траекторией модели Ней
| мана — Гейла | называется | последовательность % = (xt) | |
| такая, | что (xt, | x i + 1 ) Е- Zt (t | = 0, 1,. . .). Нетрудно пост | 
| роить, | подобно | тому, как это было сделано в п. 1, техно | |
логическую модель второго рода, пучок траекторий ко торой совпадает с совокупностью всех траекторий рас
| сматриваемой модели. | Если Pr x Zt | = | i?"', | т. | е. модель | 
| типа Неймана — Гейла | правильна, | то | для | ее | изучения | 
можно использовать правильную технологическую мо дель второго рода, построенную так же, как и в п. 3.
Модель Неймана — Гейла является частным случаем модели типа Неймана — Гейла (в этом случае последо вательность (Zt) постоянна). Исследуя траектории модели Неймана — Гейла, мы по существу нигде не использо вали ее специфику (т. е. постоянство последовательности (Zt )), поэтому все результаты пп. 1 — 3 верны с естествен ными оговорками и для случая модели типа Неймана — Гейла.
5. Модель, функционирующая в непрерывно» времени. Траектории рассматриваемой модели определяются с помо щью дифференциального включения вида х Ez а (х) — х. Покажем прежде всего правомерность такого определения с помощью предельного перехода для последовательности моделей с дискретным временем, когда временной интер вал между двумя смежными моментами стремится к нулю.
| 186 | О П Т И М А Л Ь Н Ы Е Т Р А Е К Т О Р И И | [ Г Л . Ill | 
| Рассмотрим | модель Неймана — Гейла, | задаваемую | 
конусом Z или соответствующим ему отображением а. Согласно экономической интерпретации модели, изло
| женной | в § 5, | вектор | (х,у) ЕЕ Z представляет | собой | |
| процесс | переработки | набора «продуктов» х в набор | у за | ||
| единицу | времени. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| Предположим, | что | этот | процесс переработки продук | ||
тов во времени происходит равномерно, т. е., например, за половину единичного временного интервала перера батывается только половина набора х в у, а другая поло вина остается неизменной.
Иначе говоря, если единичный временной интервал уменьшить в два раза, то набор х перерабатывается в набор х/2 + у12. В случае, когда в качестве единичного интервала взята Mm часть первоначального интервала,
из набора х делается набор'—— % 4- ^у.
Таким образом, если имеется набор х (£), то возможные «приращения» набора х за время Mm, отнесенные к этому промежутку времени, определяются соотношением
| 
 | / | 1\ | т—1 | 1 | 
 | 
 | 
| 
 | 
 | 1М | _ | 1/т | ~~У | Х | 
| где | (х | (t), у) | ЕЕ Z. | 
 | 
 | у — х, | 
| 
 | Переходя к пределу при т | со, получаем х = | ||||
| где | (х, | у) ЕЕ Z или, что то же самое, | х ЕЕ а (х) | — х. | ||
| 
 | Дадим теперь точное определение модели с непрерыв | |||||
ным временем. Нам будет удобно считать здесь, что в про
| странстве | R71 норма введена следующим | образом: |х| = | |||||
| = 2 | Рассмотрим | промежуток | [О, | Т] | и каждому | ||
| t ЕЕ [О, | Т] поставим | в соответствие отображение | at ЕЕ | ||||
| ЕЕ А (Д™, 2?") и линейный оператор | В{: | R" | Rn. | Счи | |||
| таем, что почти при всех t | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 
 | \at\ | + \Bt\kc | <оо. | 
 | 
 | 
 | (10.6) | 
Модель экономики, функционирующую в непрерывном времени, можно задать с помощью дифференциального включения
| и ЕЕ о, (и) — Btu | (t ЕЕ [0, Л ) . | (10.7) | 
Траекторией включения (10.7) на промежутке It', t"\
| ТРАЕКТОРИИ В КОНКРЕТНЫХ МОДЕЛЯХ | 187 | 
назовем абсолютно непрерывную функцию и, определен ную на этом промежутке и такую, что *) u(t) > О, й (t) ЕЕ ЕЕ a-i (и (£)) — Bj и (t) почти при всех t. Вместо выражения «траектория на промежутке [О, ТЪ будем употреблять слово «траектория». В дальнейшем считаем, что выпол нено следующее условие:
| (*) | если | х ЕЕ | и | 0 ^ | t' < t" ^ Т, то | из точки х | 
| исходит | траектория | 
 | дифференциального | включения | ||
| (10.7) | на промежутке | [f, | t"]. | 
 | ||
З а м е ч а и и е. Можно показать (Кастайп [1]), что при неко торых естественных предположениях относительно функции F: t —<• —> щ + В,, для каждой точки t' g= [0, Т] найдется е > 0 такое, что траектория семейства (10.7) на промежутке [t', t' -f- е] существует
При изучении траекторий нам понадобится
| Л е м м а 10.1. Пусть | и — траектория | включения | ||||
| (10.7) на промежутке | [f, t"]. | Тогда | 
 | 
 | 
 | |
| |И01<|ИО|И(-''> | (*<=и',П), | 
 | ||||
| где С — константа, | фигурирующая | в | (10.6). | |||
| Д о к а з а т е л ь с т в о . | Положим | у (t) | — \ и (t) \\ — | |||
| 71 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| = 2"*(0- Используя | (10.6), | имеем | 
 | 
 | 
 | |
| п | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| з/(0 = S * (*) < I* w I < с«» | (о и = °у (*)• | |||||
Пусть v (£) = Су (£) — у- (£). Тогда функция у является
| решением линейного | дифференциального | уравнения | ||
| 
 | 
 | y = | Cy-v | (10.8) | 
| при начальном условии у (f) | — \и (t')\\. Решая уравнение | |||
| (10.8) , получим, | что | 
 | 
 | 
 | 
| 
 | 
 | 
 | г | 
 | 
| у (t) = | ««м-) | (||и (^') I _ J gcit'^v | (т) dx) . | |
| 
 | 
 | 
 | Ь | 
 | 
*) Из абсолютной непрерывности функции и (t) вытекает, что каждая ее координата и1 (t) имеет почти всюду суммируемую произ водную ц* (t). Под й (t) понимается вектор-функция (й1 (t), й2 (t),...
| 188 | 
 | 
 | 
 | О П Т И М А Л Ь Н Ы Е | Т Р А Е К Т О Р И И | 
 | 
 | 
 | [ГЛ . | Ш | ||||||
| Поскольку | v (т) > | 0 | (т ЕЕ [ f , | П), | то г/ ( * ) < | || и (Г) || ес«-<'> | ||||||||||
| Лемма | доказана. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||
| 
 | Каждая траектория и включения (10.7) на промежут | |||||||||||||||
| ке W, t"] полностью определяется элементом и | (t') | конуса | ||||||||||||||
| R+ | и измеримой функцией и. Из леммы 10.1 и | формулы | ||||||||||||||
| (10.6) вытекает, что для t | ЕЕ It', | t"] | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||
| 
 | 
 | 
 | 1 и (t) |К С || и (t) К | СI и (Г) 1 еС('"-»'>, | 
 | 
 | (10.9) | |||||||||
| откуда следует, в частности, что г"г принадлежит | простран | |||||||||||||||
| ству Ln вектор-функций, | определенных на W, | t"] | и сум | |||||||||||||
| мируемых там с квадратом. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||
| 
 | Через | Q | обозначим | подмножество | пространства | |||||||||||
| R n | X Ln, | состоящее | из всех | элементов | вида | (и | (t'), | гг), | ||||||||
| где | и — траектория | включения | (10.7) | на | промежутке | |||||||||||
| U', | t"]. | (Иными словами, | пара | (х, | z) входит в Q тогда и | |||||||||||
| только | тогда, | когда | функция | и: | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | t | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| 
 | 
 | 
 | и {t) = | х | + J z (т) dx | (t | EE [f, | t"]), | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | r | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| является траекторией | на | W, | t"].) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||
| 
 | Л е м м а | 10.2. Множество | £2, | определенное | выше, | |||||||||||
| является выпуклым замкнутым | конусом. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||
| 
 | Д о к а з а т е л ь с т в о . | То | обстоятельство, что Q — выпук | |||||||||||||
| лый конус, вытекает непосредственно из определения этого множест | ||||||||||||||||
| ва, | вогнутости и | положительной | однородности | отображений | at и | |||||||||||
| линейности | операторов | В{ (t' | <J t | <J | t"). | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
Покажем, что Q замкнуто. В самом деле, пусть ((xj, zj)) — по следовательность элементов этого множества и (xi, z^) —» (х, z). Так как (ZJ) сходится к z в пространстве Z,2 , то по известной теореме Рисса (см., например, Натаисои [1]) из последовательности (zi) можно выбрать подпоследовательность (г$;), стремящуюся к z почти всюду. Пусть точка t 6Е [*', t"] такова, что z{; (t) —» z (i).
Положим
| Щ1 (*) = x\l | + \ | Чг | М dx, | u(t) | = x + ^z (х) dx. | |
| 
 | г | 
 | 
 | 
 | 
 | г | 
| Из определения следует, что щ1 | (t) | —> и (t), | откуда вытекает, в част | |||
| ности, неравенство | и (t) | ^ | 0. | Считаем, далее, что точка t обладает | ||
| тем свойством, что при всех I | 
 | 
 | 
 | |||
^ ( » ) б в , к г ( « ) ) - - 5 , ^ ( 0 .
Множество таких точек имеет полную меру.
| i iel | Т Р А Е К Т О Р И И | В К О Н К Р Е Т Н Ы Х | М О Д Е Л Я Х | 
 | 189 | |||||
| Из замкнутости отображений аг теперь следует справедливость | ||||||||||
| соотношения | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| 
 | 
 | z (О | S | at | (и (0) — | Bt | и | (г). | 
 | (10.10) | 
| Таким образом, | функция | и: | ( | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| 
 | 
 | и | (£) = | а; + ^ г (т) fit, | 
 | 
 | 
 | |||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | !' | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| почти при всех t | удовлетворяет включению (10.10). Так как г = й и | |||||||||
| нроме того, и (t) | ^ 0 при всех t, то эта фупкция является траекто | |||||||||
| рией включения (10.7) на промежутке [£', I"]. | Тем самым замкнутость | |||||||||
| множества | S2 доказана. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| С л е д с т в и е . | Выпуклый | конус | Q слабо | замкнут. | ||||||
| Пусть | /ЕЕ | (#+)*. | Траекторию | и | включения | (10.7) | ||||
| назовем | оптимальной | (в | смысле | /), | если / (и | (Т)) | > 0 | |||
| и / (и(Т)) | > / (у (Т)) | для любой траектории гу этого вклю | ||||||||
| чения, исходящей из точки и (0). | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| Для изучения оптимальных | траекторий дифференци | |||||||||
ального включения рассмотрим технологическую модель
| Ж = {[0, Т], (Xt)0<t<T, | (JT,)o«<r, | (ar.rW<r«T}. | (10.11) | 
| Здесь Xt есть подпространство | пространства Rn, | натяну | |
тое на орты с номерами из множества /,, которое опреде
| ляется так: г ЕЕ It | тогда | и только | тогда, | когда найдется | ||||||||||||
| траектория и включения | (10.7) такая, что и1 | (t) | > | 0 (0 ^ | ||||||||||||
| < | t < | Т), | Kt | = | R+ f]Xt | (0 < | t < | Г) ; | 
 | отображение | ||||||
| а,»,определено | следующим образом: | точка | х" | входит | ||||||||||||
| в а,", 1> (х') | тогда | и только тогда, | когда | х" | ЕЕ | i f г | и | най | ||||||||
| дется | траектория | и | включения | 
 | (10.7) | на | промежутке | |||||||||
| W, | П | такая, что и (Г) = | 
 | ж', к (t") | = | ж". | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| 
 | Проверим, что | объект | 
 | (10.11) | действительно | являет | ||||||||||
| ся | технологической | моделью. | Покажем сначала, | что | ||||||||||||
| аг,г£=А | (Кг, | Кг). | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||
| 
 | 1) Для любого | ж ЕЕ Kf | 
 | множество aj», с | (ж) непусто; | |||||||||||
| это следует из условия (*). | Кроме того, ar, г (ж') CZ | Кг. | ||||||||||||||
| 
 | 2) | Отображение | 
 | с | 
 | вогнуто | 
 | и положительно | одно | |||||||
родно; справедливость этих утверждений следует из су перлинейности отображений а, и линейности операторов Bt.
| 3) | ar, г — гейловское отображение; | действительно, | 
| если | и — траектория включения (10.7) | на промежутке | 
| [f, t"] | и и (f) = 0, то, как следует из леммы 10.1, и (t") = 0. | |
| 4) | at",i> — замкнуто. | 
 | 
