Краевые задачи и интегральные уравнения для физиков. Калошин А.Е. - 28 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

7 Интегральные уравнения 1-го рода
7.1 Уравнение Фредгольма 1-го рода
Интегральное уравнение Фредгольма первого рода
Z
b
a
K(x, s)ϕ(s)ds = f(x) (52)
не для всякой функции f (x) имеет решение. Пусть, например, ядро имеет вид многочлена по
x
K(x, s) = a
0
(s) + xa
1
(s) + . . . + x
n
a
n
(s).
Тогда левая часть (52) принимает вид многочлена
b
0
+ xb
1
+ . . . + x
n
b
n
и ясно, что уравнение (52) может иметь решение только, если f(x) тоже имеет вид многочлена
n-ой степени.
Если K(x, s) симметричное ядро, то удобно искать решение в виде ряда по СФ ядра
ϕ(x) =
X
i=1
ϕ
i
(x) · c
i
.
Подставив в уравнение, получим значения коэффициентов: c
i
= λ
i
f
i
. После получения фор-
мального решения остаются более тонкие вопросы о существовании нетривиального решения
у однородного уравнения 1-го рода и о сходимости ряда.
7.2 Уравнение Вольтерра 1-го рода
Интегральное уравнение Вольтерра первого рода
Z
x
a
K(x, s)ϕ(s)ds = f(x) (53)
можно свести к уравнению Вольтера второго рода. Дифференцируем (53), считая, что K
0
x
(x, s)
и f
0
(x) существуют и непрерывны.
K(x, x)ϕ(x) +
Z
x
a
K
0
x
(x, s)ϕ(s)ds = f
0
(x). (54)
Если K(x, x) 6= 0, мы можем поделить на него и получить уравнение Вольтерра второго рода:
ϕ(x) +
Z
x
a
K
0
x
(x, s)
K(x, x)
ϕ(s)ds =
f
0
(x)
K(x, x)
. (55)
Если же K(x, x) = 0, мы по-прежнему имеем уравнение первого рода. В этом случае можно
попытаться еще раз продифференцировать (54) и, если K
0
x
(x, x) 6= 0, мы получим уравнение
Вольтерра второго рода.
26
7     Интегральные уравнения 1-го рода
7.1   Уравнение Фредгольма 1-го рода
Интегральное уравнение Фредгольма первого рода
                                  Z    b
                                           K(x, s)ϕ(s)ds = f (x)                       (52)
                                   a

не для всякой функции f (x) имеет решение. Пусть, например, ядро имеет вид многочлена по
x
                          K(x, s) = a0 (s) + xa1 (s) + . . . + xn an (s).
Тогда левая часть (52) принимает вид многочлена

                                      b0 + xb1 + . . . + xn bn

и ясно, что уравнение (52) может иметь решение только, если f (x) тоже имеет вид многочлена
n-ой степени.
   Если K(x, s) – симметричное ядро, то удобно искать решение в виде ряда по СФ ядра
                                                  ∞
                                                  X
                                       ϕ(x) =           ϕi (x) · ci .
                                                  i=1

Подставив в уравнение, получим значения коэффициентов: ci = λi fi . После получения фор-
мального решения остаются более тонкие вопросы о существовании нетривиального решения
у однородного уравнения 1-го рода и о сходимости ряда.

7.2   Уравнение Вольтерра 1-го рода
Интегральное уравнение Вольтерра первого рода
                               Z x
                                   K(x, s)ϕ(s)ds = f (x)                               (53)
                                   a

можно свести к уравнению Вольтера второго рода. Дифференцируем (53), считая, что Kx0 (x, s)
и f 0 (x) существуют и непрерывны.
                                         Z x
                           K(x, x)ϕ(x) +     Kx0 (x, s)ϕ(s)ds = f 0 (x).              (54)
                                              a

Если K(x, x) 6= 0, мы можем поделить на него и получить уравнение Вольтерра второго рода:
                                   Z x 0
                                      Kx (x, s)           f 0 (x)
                            ϕ(x) +              ϕ(s)ds =          .                  (55)
                                    a K(x, x)            K(x, x)

Если же K(x, x) = 0, мы по-прежнему имеем уравнение первого рода. В этом случае можно
попытаться еще раз продифференцировать (54) и, если Kx0 (x, x) 6= 0, мы получим уравнение
Вольтерра второго рода.




                                                   26