
книги из ГПНТБ / Макаров, В. Л. Математическая теория экономической динамики и равновесия
.pdf180 |
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. |
|