Реферат по предмету "Математика"


Показатели Ляпунова некоторой линейной стационарной системы

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Гомельский государственный университет
им. Ф. Скорины»
Математический факультет
Кафедра дифференциальных уравнений

Показатели Ляпунова некоторой линейной стационарной системы
Курсовая работа
Исполнитель:
Студентка группы М-32
Лукьянович А.Ю.
Научный руководитель:
Канд. физ-мат. наук, доцент
Зверева Т.Е.
Гомель 2005

Содержание
Введение
1. Характеристические показатели Ляпунова
2. Теорема Ляпунова. Спектр системы
Заключение
Список использованной литературы
Введение
В данной курсовой работе рассматривается линейнаястационарная система.
Линейной стационарной системой называется система вида
/>
где /> − постояннаяматрица, />.
Общее решение линейной стационарной системы имеет вид
/>
где /> - постоянныйвектор,
/>) — фундаментальнаяматрица (иными словами, фундаментальная система решений, записанная в видематрицы), то есть матрица, состоящая из n линейнонезависимых ее решений
/>
Цель курсовой работы — найти спектр этой системы.
Множество всех собственных характеристических показателейрешений дифференциальной системы называется ее спектром.
Таким образом, главная задача курсовой работы — найти различныехарактеристические показатели Ляпунова заданной линейной стационарной системы.
1. Характеристические показатели Ляпунова
Рассмотрим следующую линейную стационарную систему
/>
(1).
Найдем общее решение этой системы. Для этого решим ееметодом исключения.
Продифференцировав первое уравнение системы (1) и пользуясьвторым, получим
/>
Или
/> (2).
Решим полученное линейное уравнение с постояннымикоэффициентами (2). Для этого составим характеристическое уравнение и найдемего корни:
λ/>λ=0
λ/>=i
λ/>=-i
Так как характеристическое уравнение имеет два сопряженныхкорня λ/>=iи λ/>=-i,то общее решение линейного уравнения (2) имеет вид
y=c/>cost +c/>sin t.
Подставим значение y в первое уравнениесистемы (1), получим
z=-c/>sint +c/>cos t.
Тогда общее решение системы (1) имеет вид
/>.
Составим фундаментальную систему решений системы (1).
Определение1 [2,c.482].Фундаментальной системой решений в интервале (a,b) называется совокупность n решенийоднородной системы, определенных и линейно независимых в этом интервале.
Положим c/>=1,c/>=0. Подставимзначения c/>и c/>в общее решение системы.Получим
/>.
Пусть теперь c/>=0,c/>=1. Тогда получим
/>.
Эти решения системы (1) запишем в виде матрицы

/>.
Покажем, что найденные решения составляют фундаментальнуюсистему решений.
Для этого воспользуемся следующей теоремой.
Теорема 1 [2, c.480]. Еслиn решений линейной однородной системы линейнонезависимы в интервале (a,b),то их вронскиан не обращается в нуль ни в одной точке этого интервала. Составими вычислим вронскиан решений системы (1):
/>≠ 0.
Итак, вронскиан решений системы (1) не обращается в нуль нив одной точке интервала (−∞; + ∞), значит, найденные решениясистемы (1) являются линейно независимыми в интервале (−∞; + ∞)(по теореме1) и составляют фундаментальную систему решений (по определению1).
Вычислим характеристические показатели матриц x/> и x/>. Приведемопределение характеристического показателя.
Определение2 [1,c.125].Число (или символ −∞ или + ∞), определяемое формулой
/>
называется характеристическим показателем Ляпунова.
Лемма [1, c.132]. Характеристическийпоказатель конечномерной матрицы F (t)совпадает с характеристическим показателем ее нормы.
Согласно леммы и определения1 характеристические показатели матрицX/> и X/> будемвычислять по следующей формуле
/> (3).
Вычислим нормы матриц x/> и x/>.
Определение3 [1,c. 20].Нормой матрицы А= [a/>]называется неотрицательное число/>, удовлетворяющееследующим условиям:
1) />и обратно, если />то A=0;
2) />где />любое комплексное число;
3) />где A,B-любые матрицы, допускающиесложение;
4) />где A,B-любые матрицы, допускающиеумножение;
Норма имеет следующие значения:
/>
/>
/>
Для вектор-столбца
/> 
эти нормы имеют соответственно, следующие значения:
/>
/>
/> (4).
При вычислении норм матриц x/> и x/>воспользуемся формулой(4).
/>
/>
Тогда по формуле (3) имеем
λ/>/> />= />/> />=/>.
λ/>/> />= />/> />=/>.2. Теорема Ляпунова. Спектр системы
Выясним, является ли фундаментальная система решений линейнойстационарной системы (1) нормальной фундаментальной системой. Для этоговоспользуемся следующей теоремой и определением4.
Теорема Ляпунова (о нормальностифундаментальной системы) [1,c.142]. Фундаментальнаясистема линейной системы является нормальной тогда и только тогда, когда онаобладает свойством несжимаемости.
Определение4 [1,c.142].Система ненулевых векторов функций />обладаетсвойством несжимаемости, если характеристический показатель любой существеннойих комбинации
/> 
где/>−постоянны, совпадает с наибольшим из характеристических показателейкомбинируемых решений, то есть имеем
/>
Возьмем произвольную линейную комбинацию векторов
x/> иx/>.
Y=/>где />−постоянны и /> (5).
Произведем арифметические действия над векторами x/> и x/>. Тогда равенство (5)примет вид
/> (6).
Вычислим характеристический показатель линейной комбинации векторов(6).
/>/>/>
Тогда по формуле (3) имеем
/>
Итак, характеристический показатель линейной комбинациивекторов совпадает с наибольшим из характеристических показателей комбинируемыхрешений x/> иx/>, значит, системавекторов x/> иx/> обладает свойством несжимаемости (по определению4) Следовательно,фундаментальная система решений линейной стационарной системы (1) является нормальнойфундаментальной системой (по теореме Ляпунова).
Найдем спектр системы (1).
Воспользуемся определением и следствием из теоремы Ляпунова.
Определение5 [1,c.137].Спектром называется множество всех собственных характеристических показателей (тоесть отличных от −∞ и +∞) решений дифференциальной системы.
Следствие [1,c.145]. Всякаянормальная фундаментальная система реализует весь спектр линейной системы.
Согласно определения5 и следствия из теоремы Ляпунова спектрстационарной системы (1) равен/>/>
Заключение
Таким образом, в процессе исследования линейной стационарнойсистемы мы выяснили, что ее фундаментальная система решений является нормальнойфундаментальной системой; нормальная фундаментальная система решений реализуетвесь спектр дифференциальной системы; спектр рассмотренной линейнойстационарной системы равен/>.
Список использованной литературы
1.        Б.П. Демидович «Лекции по математической теории устойчивости»-М.:Наука, 1967г., 465 c.
2.        Н.М. Матвеев «Методы интегрирования обыкновенных дифференциальныхуравнений»-М.: Высшая школа, 1967г., 564 с.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Основные принципы учета затрат на производство
Реферат Книга об исландцах
Реферат Расчёт освещения здания детского сада
Реферат Кредитні картки
Реферат Суздальское княжество
Реферат Трудовой договор (в системе трудовых правоотношений и кадровая работа на предприятиях)
Реферат Рассвет славянской культуры (X в до н.э. – III в н.э.) и последующее расселение славян
Реферат Бытие политической системы
Реферат А. И. Куприн родился 26 августа (7) сентября 1870 года в Пензенской области. Отца своего, умершего от холеры, он не помнил. В 1874 г. Он переезжает с матерью в Москву и поселяет
Реферат Особенности организации бухгалтерского дела и отчетности для организационных единиц
Реферат The Aztecs Essay Research Paper The AztecsThe
Реферат Salome A Wilde Perspective Essay Research Paper
Реферат Порядок применения органами ФПС РФ норм административного законодательства при охране государственной границы на участке Дальневосточного пограничного округа
Реферат Проблеми морального виховання й самовиховання
Реферат Особенности правоспособности военного образовательного учреждения высшего профессионального образования Федеральной пограничной службы Российской Федерации