Прямые методы решения интегральных уравнений второго рода. Агачев Ю.Р. - 50 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

алгебраического интерполирования по узлам (3.31). Поскольку квадратурная фор-
мула (3.32) по узлам (3.31) является интерполяционной (см., напр., в [7, 40]), то
+1
1
L
s
n
(
h(t, s)x(s))
1 s
2
ds =
π
n +1
n
k=0
h(t, t
k
)x(t
k
)=
π
n +1
n
k=0
h(t, t
k
)
1 t
2
k
x(t
k
),
где L
s
n
означает применение оператора L
n
по переменной s. Поэтому имеют место
равенства
x
n
(t
j
)+
+1
1
L
s
n
(
h(t
j
,s)x(s)) ds = y(t
j
),x
n
(t
j
)=c
j
,j= 0,n.
Отсюда следует, что
P
n
x
n
+
+1
1
P
s
n
(
h(t, s)x
n
(s))
1 s
2
ds
= P
n
y,
где P
n
= L
n
. Учитывая проекционность оператора P
n
, окончательно получим
K
n
x
n
x
n
+ P
n
HP
s
n
(
hx
n
)=P
n
y (x
n
X
n
). (3.36)
Таким образом, мы показали эквивалентность СЛАУ (3.33) операторному урав-
нению (3.36).
Покажем однозначную разрешимость уравнения (3.36). С этой целью возьмем
произвольный элемент x
n
X
n
и рассмотрим разность Kx
n
K
n
x
n
. С учетом нера-
венства Коши–Буняковского имеем
Kx
n
K
n
x
n
= Hx
n
P
n
HP
s
n
(
hx
n
)≤
≤Hx
n
P
n
Hx
n
+ P
n
Hx
n
P
n
HP
s
n
(
hx
n
)≡I
1
+ I
2
. (3.37)
Первое слагаемое в (3.37) оценивается так же, как и в методе коллокации:
I
1
= H[
h P
T
n
h]x
n
2
2
πE
T
n
(
h)
x
n
X
2
πE
T
n
(h)
x
n
X
. (3.38)
Для оценки второго слагаемого I
2
воспользуемся тем фактом, что квадратурная фор-
мула Эрмита (3.32) является формулой наивысшей алгебраической степени точности
(см., напр., в [7, 29]). Следовательно, она точна для любого алгебраического много-
члена степени не выше 2n +1. Учитывая, что функция P
s
n
(
h)x
n
(s) по переменной s
является алгебраическим многочленом степени 2n, мы заключаем, что
HP
s
n
(
hx
n
)=H(P
s
n
h)x
n
.
Поэтому для I
2
последовательно находим
I
2
= P
n
Hx
n
P
n
HP
s
n
(
hx
n
)
2
π Hx
n
HP
s
n
(
hx
n
)
=
50
алгебраического интерполирования по узлам (3.31). Поскольку квадратурная фор-
мула (3.32) по узлам (3.31) является интерполяционной (см., напр., в [7, 40]), то

    +1                                                                         
          Lsn (                   π                         π 
                                        n                           n
               h(t, s)x(s))
               √            ds =           h(t, tk )x(tk ) =           h(t, tk ) 1 − t2k x(tk ),
                 1 − s2          n + 1 k=0                   n + 1 k=0
    −1

где Lsn означает применение оператора Ln по переменной s. Поэтому имеют место
равенства

                           +1
                 xn (tj ) + Lsn (
                                 h(tj , s)x(s)) ds = y(tj ), xn (tj ) = cj , j = 0, n.
                          −1

Отсюда следует, что

                                      +1
                                                  h(t, s)xn (s)) 
                                             Pns (
                             Pn xn +              √             ds = Pn y,
                                                    1 − s2
                                       −1

где Pn = Ln . Учитывая проекционность оператора Pn , окончательно получим

                         Kn xn ≡ xn + Pn HPns (
                                               hxn ) = Pn y        (xn ∈ Xn ).                (3.36)

   Таким образом, мы показали эквивалентность СЛАУ (3.33) операторному урав-
нению (3.36).
   Покажем однозначную разрешимость уравнения (3.36). С этой целью возьмем
произвольный элемент xn ∈ Xn и рассмотрим разность Kxn − Kn xn . С учетом нера-
венства Коши–Буняковского имеем

                          Kxn − Kn xn  = Hxn − Pn HPns (
                                                           hxn ) ≤

                  ≤ Hxn − Pn Hxn  + Pn Hxn − Pn HPns (
                                                         hxn ) ≡ I1 + I2 .                   (3.37)

   Первое слагаемое в (3.37) оценивается так же, как и в методе коллокации:
                                      √                     √
         I1 = H[       h]xn 2,ρ ≤ 2 π EnT (
                 h − PnT                     h)∞ xn X ≤ 2 π EnT (h)∞ xn X .              (3.38)

Для оценки второго слагаемого I2 воспользуемся тем фактом, что квадратурная фор-
мула Эрмита (3.32) является формулой наивысшей алгебраической степени точности
(см., напр., в [7, 29]). Следовательно, она точна для любого алгебраического много-
члена степени не выше 2n + 1. Учитывая, что функция Pns (  h)xn (s) по переменной s
является алгебраическим многочленом степени 2n, мы заключаем, что

                                     HPns (
                                           hxn ) = H(Pns
                                                        h)xn .

Поэтому для I2 последовательно находим
                                                         √
               I2 = Pn Hxn − Pn HPns (
                                       hxn )2,ρ ≤           π Hxn − HPns (
                                                                            hxn )∞ =


                                                   50