
Методичка ДЕРКАЧА
.pdf






137
V:1.4 Следствие 6.0.36. Пусть q ≥ 0 ïðè x ≥ 0. Тогда каждое решение уравнения |
|
−y00 + q(x)y = 0 |
(0.26) W:1.4 |
удовлетворяет одному из соотношений
(i)y(x) −→ ∞ ïðè x −→ ∞,
(ii)y(x) −→ 0 ïðè x −→ ∞. При этом, решение, удовлетворяющее условию (ii)
существует и единственно (с точностью до пропорциональности) и совпадает с решением Вейля.
ДоказательствоV:1.3. Пусть y1(·) - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W:1.4 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
решение Вейля уравнения ( |
0.26). Â ñèëó |
|||||||||||||||||
|
ïðè |
|
|
. В силу того же предложения |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
предложения 6.0.38[(iii)] y1(x) −→ |
0 |
x |
−→ ∞ |
|||||||||||||||
W:1.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
· |
|
|
|
|
|
|
% |
|
∞ |
ïðè x |
−→ ∞ |
òàê |
||||||
существует решение y2( |
) уравнения (0.26) такое, что y2(x) |
|
|
|
|
|
||||||||||||
êàê y1 è y2 линейно независимы, то общее решение уравнения ( |
|
W:1.4 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
0.26) имеет вид |
|
||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
y(x) = c1y1(x) + c2y2(x), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поэтому y(x) −→ 0 в точности тогда, когда c2 = 0. Åñëè æå c2 6= 0, òî y(x) −→ 0 ïðè
x −→ 0 2
V:1.5 Теорема 6.0.37. (Титчмарша - Сиерса) Пусть q(·) удовлетворяет условию q(x) ≥
−h(x), h(x) ≥ δ > 0, x R+ è
∞ |
|
h(x) = +∞. |
(0.27) W:1.4a |
||
Z |
|
||||
|
dx |
|
|
||
0 |
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
Если к тому же выполнено хотя бы одно из двух условий
(i)h(·) не убывает,
(ii)h C1(R+) è |hh3/0(2x(x) ) | ≤ c < ∞, x R+,
òî n±(L) = 1.
V:1.3 ОпределениеW:1.61.0.38. Пусть n±(L) = 1. Обозначим через uθ(x, λ), v(x, λ)- решение уравнения (0.23), удовлетворяющие начальным условиям
|
|
|
u(0, λ) = 1, |
u0(0, λ) = θ, |
|
|
|
||||||
|
|
|
v(0, λ) = 0, |
v0(0, λ) = 1. |
|
|
|
||||||
2 |
±( |
|
) = 1 |
θ |
|
λ |
( W:1.1 |
θ |
(λ)u(x, λ) |
||||
Òàê êàê n |
|
L |
, то найдется функция m |
(λ) : y |
|
(x, λ) = v x, |
λ) + m |
|
|||||
L (R+). Функцию mθ(·) называют функцией Вейля уравнения |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
(0.23). |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|

138 ГЛАВА 6. ОПЕРАТОР ШТУРМА-ЛИУВИЛЛЯ
W:1.1
Пусть ϕ è ψ- решение уравнения (0.23), удовлетворяющие начальным условиям
ϕ(0, λ) = sin α, ϕ0(0, λ) = − cos α, ψ(0, λ) = cos α, ψ0(0, λ) = sin α. (0.28) W:1.5
Åñëè n±(L) = 1, то по теореме Вейля существует (единственное с точностью до пропорциональности) решение y(x, λ) = yλ(x) L2(R+). Тогда найдутся функции
c1(λ), c2(λ) такие, что
|
|
|
|
|
|
|
yλ(x) = c1(λ)ψ(x, y) + c2(λ)ϕ(x, λ) L2(R+). |
|
(0.29) |
W:1.6 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Óïð. 6.0.39. |
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
c1(λ)c2(λ) 6= 0, |
|
λ C\R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
Доказать, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Поэтому, |
|
пологаяW:1.6 yλ := c−1(λ)yλ(x), m(λ) := |
|
|
|
c−1(λ)c2(λ). |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Запишем |
|
(0.29) |
â âèäå |
1 |
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
− |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
yλ(x) = ψ(x, λ) − m(λ)ϕ(x, λ) L2(R+). |
|
|
(0.30) |
W:1.7 |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
n±(L) = |
1, тогда для |
|
âñåõ λ1, λ2 |
C\R справедливо |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
V:1.6 |
Лемма 6.0.40. Пусть |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
соотношение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xlim {y(x, λ1), y(x, λ2)} = 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Доказательство. Пусть yj(x) := y(x, λj), j {1, 2}, тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
−yj00(x) + q(x)yj(x) = λjyj(x), |
|
|
|
|
j {1, 2}. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0.31) |
W:1.8 |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W:1.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Умножая первое уравнение ( |
|
0.31) íà y2, а второе на y1, вычитая первое |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
уравнение из второго и интегрируя, получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Z0 |
[y10 (t)y2(t) − y1(t)y2(t)]0dt = (λ1 − λ2) Z0 |
y1(t)y2(t)dt. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
(0.32) |
W:1.9 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Òàê êàê y1, y2 L2(R+), òî y1y2 L1(R+)W:1, следовательно.9 |
ïðè x −→ ∞ существует |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
предел правой, а |
|
значит и левой части в ( |
0.32). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
W:1.9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Записывая |
|
(0.32) â âèäå |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
W {y1, y2}(x) − W {y1, y2}(0) = (λ1 − λ2) Z0 |
y1(t)y2(t)dt |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Заключаем, что существует предел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x−→∞ |
W |
{ |
1 |
, y |
2} |
(x) = W |
{ |
1 |
, y |
2 |
} |
(0) + (λ |
2 |
− |
1 |
Z0 |
1 |
2 |
(t)dt |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
lim |
|
|
y |
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
λ |
) |
|
y |
(t)y |
(0.33) |
W:1.10 |
|||||||||||||||||||
|
Òàê êàê n±(L) = 1. то по лемме |
|
V:1.6 |
|
|
|
|
|
|
W:1.10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
6.0.40, предел в |
|
(0.33) равен нулю. 2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|


140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГЛАВА 6. ОПЕРАТОР ШТУРМА-ЛИУВИЛЛЯ |
||||||||||||||||||||
|
(i) для каждого c R+ функция K(c, ·; λ) W 2,2[0, c] ∩ C2[c, +∞) è Lmax( |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
K(c, s; λ)) = |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
0, ïðè s 6= c, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
(ii) Åñëè K+(c, s) = K(c, s) ïðè s > c è K−(c, s) = K(c, s) ïðè s < c, òî |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim K+(c, s) = lim K−(c, s), |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
lim |
∂ |
K |
|
c, s |
|
− s |
|
lim |
|
∂ |
|
K |
|
c, s |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
s |
∂s |
+( |
) |
|
0 ∂s lim |
−( |
) = 1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
−→ |
c+0 |
|
|
|
|
|
c |
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−→ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Доказательство. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
(i) 2,2 |
|
|
|
|
2 |
(R+) −→ dom(L). |
|
|
|
dom(L) |
|
|
|
|
|
|
H+ |
|
H+ |
||||||||||||
|
|
|
Rλ : L |
Íî |
подпространство в |
è |
||||||||||||||||||||||||||
Отображение |
|
b > 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|||||||||||||||
|
W [0, b] |
|
|
|
|
|
|
|
(Rλfe)(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
t R+ {0}. |
|
|
||||||||||||
|
|
|
äëÿ âñåõ |
|
|
|
. Поэтому |
|
|
|
|
|
непрерывен для всех |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rλ |
|
|
|
lt=(Rλf)(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lt : L2 −→ H+ −−−−−−→ C |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
По теореме Рисса функционал lt допускает представление |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
lt(f) = (Rλf)(t) = Z |
K(t, s; λ)f(s)ds, f L2(R+), |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
в котором K(t, ·; λ) L(R+). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перемежаемость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
(i) Множество {an}1∞ называется дискретным, если оно не |
|||||||||||||||||||||||||||||
D:14.1 |
Определение 6.1.1. |
|
имеет конечных предельных точек.
(ii)Говорят, что два дискретных множества {an}∞1 è {bn}∞1 пересекаются, если между 2-мя соседними элементами одного множества содержатся ровно один элемент другого, то есть после упорядочения последовательностей {an}∞1 è {bn}∞1 по возрастанию, справедливы неравенства
|
|
a1 < b1 < a2 < b2 < ... < ak < bk < ak+1 < ... |
(1.1) |
E:14.1 |
|||||
|
(iii) Говорят, что |
|
|
E:14.1 |
{an}1∞ |
è {bn}1∞ перемежаются нестрого, |
|||
|
|
|
|
последовательность |
|
|
|
|
|
если неравенства |
|
(6.1.4) |
нестрогие. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
F (·) R и допускает |
мероморфное продолжение |
через |
|
||||
L:14.1 |
Лемма 6.1.2. Åñëè |
|
|||||||
|
интервал (α, β) R, то ее нули и полюса перемежаются. |
|
|