
Арнольд. ОДУ
.pdfВ.И.Арнольд
ОБЫКНОВЕННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ
Отличается от имеющихся учебных руководств по обыкновенным дифференциальным уравнениям большей, чем это обычно принято, связью с приложениями, в особенности с механикой, и более геометрическим, бескоординатным изложением. В соответствии с этим в книге мало выкладок, но много понятий, необычных для курса дифференциальных уравнений (фазовые потоки, однопараметрические группы, диффеоморфизмы, касательные пространства и расслоения) и примеров из механики (например, исследование фазовых портретов консервативных систем с одной степенью свободы, теория малых колебаний, параметрический резонанс).
Для третьего издания книга значительно переработана и дополнена. Для студентов и аспирантов механико-математических факультетов университетов и вузов с расширенной программой по математике, но будет интересна и специалистам в области математики и ее приложении.
Оглавление
Предисловие к третьему изданию. |
5 |
Предисловие к первому изданию |
8 |
Некоторые постоянно употребляемые обозначения |
10 |
Глава 1. Основные понятия |
11 |
§ 1. Фазовые пространства |
11 |
§ 2. Векторные поля на прямой |
30 |
§ 3. Линейные уравнения |
40 |
§ 4. Фазовые потоки |
48 |
§ 5. Действие диффеоморфизмов на векторные поля и на поля направлений |
55 |
§ 6. Симметрии |
63 |
Глава 2. Основные теоремы |
73 |
§ 7. Теоремы о выпрямлении |
73 |
§ 8. Применения к уравнениям выше первого порядка |
85 |
§ 9. фазовые кривые автономной системы |
95 |
§ 10. Производная по направлению векторного поля и первые интегралы |
99 |
§ 11. Линейные и квазилинейные уравнения первого порядка с частными |
105 |
производными |
|
§ 12. Консервативная система с одной степенью свободы |
112 |
Глава 3. Линейные системы |
124 |
§ 13. Линейные задачи |
124 |
§ 14. Показательная функция |
126 |
§ 15. Свойства экспоненты |
132 |
§ 16. Определитель экспоненты |
137 |
§ 17. Практическое вычисление матрицы экспоненты—случай |
140 |
вещественных и различных собственных чисел |
|
§ 18. Комплексификация и овеществление |
143 |
§ 19. Линейное уравнение с комплексным фазовым пространством |
146 |
|
§ 20. Комплексификация вещественного линейного уравнения |
150 |
|
§ 21. Классификация особых точек линейных систем |
158 |
|
§ 22. Типологическая классификация особых точек |
161 |
|
§ 23. Устойчивость положений равновесия |
|
170 |
§ 24. Случай чисто мнимых собственных чисел |
174 |
|
§ 25. Случай кратных собственных чисел |
|
179 |
§ 26. О квазимногочленах |
|
186 |
§ 27. Линейные неавтономные уравнения |
|
196 |
§ 28. Линейные уравнения с периодическими коэффициентами |
208 |
|
§29. Вариация постоянных |
|
214 |
Глава 4. Доказательства основных теорем |
|
216 |
§ 30. Сжатые отображения |
|
216 |
§ 31. Доказательство теорем существования и непрерывно и зависимости от |
217 |
|
начальных условий |
|
|
§ 32. Теорема о дифференцируемости |
|
225 |
Глава 5. Дифференциальные уравнения на многообразиях |
233 |
|
§ 33. Дифференцируемые многообразия |
|
233 |
§ 34. Касательное расслоение. Векторные поля на многообразии |
241 |
|
§ 35. Фазовый поток, заданный векторным полем |
247 |
|
§ 36. Индексы особых точек векторного поля |
250 |
|
Программа экзамена |
|
262 |
Образцы экзаменационных задач |
|
263 |
Предметный Указатель |
|
268 |
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ |
|
|
Автоколебания 39, 121 |
Гиперповерхность 106 |
|
Алгебра Ли 102 |
— начальная 106 |
|
Атласы 234, 235 |
Гипотеза Пуанкаре 240 |
|
Аттрактор 40 |
Гладкость 14 |
|
База расслоения 243 |
— многообразия .233 |
|
Вариации 77, 226 |
Голономия 25 |
|
—постоянных 44, 214 |
Гомеоморфизм 167 |
|
Вектор, касательный в точке 57, 242 |
Гомоморфизм 14, 167 |
|
— скорости фазовой 53 |
Градуирование 68 |
|
Веса переменных 67 |
Граница множества 82 |
|
Возмущения малые 44, 77, 80, 121, |
Группа абстрактная 48 |
|
195, 214 |
—диффеоморфизмов 51 |
|
Выпрямление поля векторного 84, |
— квазиоднородных растяжений 67 |
|
246 |
— коммутативная (абелева) 50 |
|
— — направлений 73 |
— контактная 112 |
|
Геодезическая 264 |
— однопараметрическая 50 |
|
— преобразований 48 |
Комплексификация 143 |
——линейных 52, 125 |
—линейного уравнения 150 |
— симметрии 63 |
Координаты аффинные 233 |
— стационарная 97 |
— локальные 242 |
Движения медленные 266 |
— однородные 233 |
Действие группы 49 |
—тангенциальные 95 |
Диаграмма Ламерея 25 |
Кривая двойственная 95 |
— Ньютона 66 |
— дискриминантная 94 |
Дивергенция 203 |
—интегральная 14,23 |
Диффеоморфизм 51 |
— Лиссажу 186 |
— контактный 112 |
— логистическая 20 |
— многообразия 240 |
— Михайлова 193 |
Диффеоморфизм сопрягающий |
— параметризованная 240 |
62 |
Кривая фазовая 23, 51 |
Дифференцируемость 14 |
— — замкнутая 97 |
— многообразия 233 |
Лемма Адамара 116 |
Диффузия 267 |
— Морса 116 |
Зависимость линейная рациональная |
Лестница Ламерея 25 |
176, 186, 199 |
Линеаризация 41, 124 |
Задача Кеплера 115 |
Линии асимптотические 267 |
— Коши 106 |
— геодезические 264 |
— Штурма — Лиувилля 207, 265 |
— параболические 267 |
Закон тяготения 90 |
—уровня энергии 113 |
— локальной эволюции 54 |
Лист Мебиуса 67, 244 |
Зонтик сложенный 266 |
Ломаные Эйлера 136, 224 |
Изометрия 48 |
Маятник 27, 78. 85, 113, 120, 141, |
Инволюция 266 |
155, 195, 201, 208 |
Индекс кривой 250 |
Метод комплексных амплитуд 191 |
— особой точки 253 |
— малого параметра 80 |
Интеграл первый 102 |
Мираж 264 |
— —, зависящий от времени 104 |
Многообразия аналитические 234 |
——локальный 103 |
—дифференцируемые (гладкие) 234 |
Канал звуковой 264 |
— ориентированные 235 |
Карты 234 |
— связные 238 |
Квазимногочлены 131, 186 |
— топологические 234 |
Квота отлова 21 |
Множитель интегрирующий 70 |
Колебания вынужденные 39, 47. 192 |
Модель Лотка — Вольтерра 24, 36, |
—главные (собственные) 185 |
265 |
— релаксационные 268 |
Монодромия 25, 42, 264 |
—слабо нелинейные 195 |
Мультипликатор 42, 47 |
Коммутатор 101 |
Норма 128, 219 |
Компакт 82 |
— оператора 127 |
Образ вектора 55 |
— Коши 128 |
— векторного поля 58 |
— Фибоначчи 142 |
— фазового потока 62 |
Постоянная Липшица 31 |
Овеществление 143 |
Поток фазовый 51 |
Оператор диагональный 130 |
— — уравнения 54 |
—комплексно сопряженный 145 |
Преобразование Лежандра 95 |
— Лапласа 71 |
— множества 48 |
—пильпотептный 130 |
Приближения |
— производящий 134 Определитель |
Пикара 217 |
137 |
— последовательное 217 |
— Вандермонда 201 |
Признак Вейерштрасса 128 |
— Вронского 199 |
Проблема Рауса—Гурвица 173 |
Орбита 49 |
Продолжение решений 81, 88, 117 |
Отображение дифференцируемое |
Произведение прямое 32 |
(гладкое) 55, 238 |
Производная Ли 100 |
— за период 209 |
— отображения 56 |
— касательное 75 |
— по направлению вектора 99 |
—локально эквивалентное 75 |
— — — поля 100 |
— невырожденное 75 |
Пространство аффинное 10 |
— Пикара 218 |
— евклидово 10 |
— Пуанкаре 25 |
— касательное 56, 242 |
— сжатое 216 |
—координатное 10 |
— Уитни (сборка) 57 |
— линейное 10 |
Оценка априорная 117 |
— матричное 127 |
Параллелизация 244 |
— нормированное 128 |
Плоскость двойственная 95 |
— полное 127 |
Плоскость контактная 93 |
— проективное 60, 233 |
Поворот гиперболический 52 |
— расслоения 243 |
—эллиптический 154 |
— расслоенное 241 |
Подмногообразия 240 |
— струй 93 |
Подмножество инвариантное 151 |
— фазовое 1 I |
— компактное 237 |
— — расширенное 23 |
— открытое 237 |
Процессы эволюционные II |
Поле векторное 16 |
Прямая проективная 66 |
— — на многообразии 241 |
Равновесие безразличное 26 |
— — фазовой скорости 53 |
— устойчивое 170 |
— направлений 16, 94 |
Размерность многообразия 238 |
— — квазиодпородное эйлерово 68 |
Распределение Гиббса 265 |
— — контактных плоскостей 93 |
Расслоение касательное 241 |
— — эйлерово 63, 66 |
— векторное 241 |
Положение равновесия 16 |
Режим автоколебательный 26, 123 |
Последовательность возвратная 182 |
— колебательный 35 |
— стационарный 21 |
|
— Эйлера 66, 68 |
Резонанс 193 |
|
Теория бифуркаций 39 |
— параметрический 212 |
— возмущений 80 |
|
Решение уравнения 15 |
|
— катастроф 39 |
— — общее 157 |
|
Траектории 51 |
— — периодическое 47 |
|
Узел 34 |
— — n-го порядка 85 |
|
— сложенный 268 |
Свойство групповое 50, 132 |
Уравнение автономное 16, 23, 79 |
|
Седло 34 |
|
— Бесселя 200 |
Сечение расслоения 243 |
— в вариациях 77, 226 |
|
Симметрия векторного поля 63 |
— Ван-дср-Поля 123 |
|
Система |
механическая |
— вековое 141 |
консервативная 112 |
— взрыва 19 |
|
—решений фундаментальная 119 |
— Гамильтона — Якоби 112 |
|
— уравнений автономная 95 |
— гипергеометрическое Гаусса 201 |
|
— — в вариациях 225 |
|
—дифференциальное 15 |
— — Гамильтона каноническая 89, |
— квазилинейное 108 |
|
103 |
|
— квазиоднородное 67 |
— — неавтономная 96 |
|
Уравнение Клеро 92, 94 |
— — Ньютона 89 |
|
— Лапласа 71 |
Скобки Пуассона 101 |
|
—линеаризованное 125 |
След оператора 138 |
|
— лилейное неоднородное 43, 47, |
Слой расслоения 243 |
|
189 214 |
Спираль логарифмическая 148 |
— — —с частными производными |
|
Степень отображения 259 |
107 |
|
Структура дифференцируемая 57 |
— —однородное 40, 126. 133, 146, |
|
— контактная 93 |
|
179, 196, 200, 208 |
— линейная 57 |
|
— — —с частными производными |
— многообразия 234 |
|
105 |
Сфера Милнера 240 |
|
— — с периодическими |
Теорема единственности 30, 76, 87, |
коэффициентами 41, 47, 208 |
|
223 |
|
— логистическое 20 |
— Клеро 264 |
|
— Лотка — Вольтерра 24, 36, 265 |
—Лиувилля 71, 202 |
|
— малых колебаний 27, 78, 85, 113, |
— о выпрямлении 73, 229 |
120, 141, 155, 184 |
|
— — дифференцируемости 76, 88, |
— Матье 200, 211 |
|
226, 230 |
|
— неавтономное 196 |
— — неявной функции 75 |
— нелинейное 124, 162, 170, 195 |
|
— —продолжении 81, 88, 117 |
— — с частными производными 110 |
|
Теорема сравнения 205 |
|
— неразрешенное относительно |
— существования 30, 76, 87, 223 |
производной 91, 266 |
|
— Штурма 204 |
|
— Ньютона 69, 75, 89, 117 |
Уравнение |
— Ньютона 16 |
— однородное 65 |
— Ньютона — Лейбница 221 |
— размножения 18 |
— Тейлора 130 |
— — с конкуренцией 20 |
— Эйлера 134 |
— разностное 87 |
Функторы 144 |
— с разделяющимися переменными |
Функция влияния 45 |
34 |
— Гамильтона 103 |
— теплопроводности 69 |
— гармоническая 72 |
—характеристик 105, 109, 111 |
Функция Грина 45 |
— эволюционное 16 |
— Дирака 44 |
— n-ro порядка 85, 189, 200 |
— квазиоднородная 68 |
Условие Липшица 31, 220 |
— Ляпунова 163 |
— начальное 15, 87 |
— однородная 66 |
— устойчивости 209 |
— последования 25 |
Устойчивость асимптотическая 171, |
— собственная 207 |
209, 265 |
Характеристика амплитудно-фазовая |
— по Ляпунову 170, 209, 265 |
194 |
— сильная 210 |
— эйлерова 260 |
Усы седла 169 |
Характеристики уравнения 105, 109, |
Ферми-частица 265 |
111 |
Фокус 149 |
Хвост ласточкин 267 |
— сложенный 266 |
Цикл 25, 265 |
Форма дифференциальная 17, 35 |
— невырожденный 38 |
— нормальная жорданова 163 |
— предельный 26 |
— симметричная 36 |
— устойчивый 38 |
— уравнения, неразрешенного |
Цунами 264 |
относительно производной 266 |
Частота собственная 185 |
Формула Барроу 30 |
Эквивалентность потоков 62, 160 |
— Кардано 71 |
Энергия 113, 184 |
— Лиувилля 130 |
|