非线性积分方程

更新时间:2022-09-23 09:33

非线性积分方程(nonlinear integral equation)是指不具有线性性质的一类积分方程。如果未知函数在积分号下是以非线性形式出现的,这种方程就称为非线性积分方程。非线性积分方程也可以被分成多种类型,例如,弗雷德霍姆型、沃尔泰拉型、哈默斯坦型等。

基本介绍

不具有线性性质的一类积分方程就是非线性积分方程。如果未知函数在积分号下是以非线性形式出现的,这种方程就称为非线性积分方程。例如,

当不是的线性函数时,就是非线性积分方程。非线性积分方程也可以被分成多种类型,例如,弗雷德霍姆型、沃尔泰拉型、哈默斯坦型等。

由于自然界和工程技术中出现的大量问题都是非线性的,因此,在数学物理中研究过的一些线性方程,只能是在一定条件下对实际问题的近似描述。为了更精确地刻画客观现象,就完全有必要研究非线性积分方程。如果把积分方程中出现的函数看做是巴拿赫空间X中的元素,把原来的积分运算用算子T来代替,就将得到一个算子方程。

近年来非线性积分方程的研究已有很大的发展,但是还没有系统的理论。即使是讨论可解性问题上也存在着不少困难,这主要是与线性积分方程的研究方法有着本质的不同。这一理论的进一步发展在很大程度上依赖于现代泛函分析、算子理论以及绍德尔不动点原理等数学分支的发展。

Fredholm型非线性积分方程

考虑下列Fredholm(弗雷德霍姆)型非线性积分方程

其中是参数,是变量的未知函数。

定理1 设是上的实连续函数,是和的连续函数,关于u满足Lipschitz条件

其中及均为常数,此时存在常数,及,使,及,不妨设,则当参数适合条件

时,方程(1)有惟一连续解,这个解可用逐次逼近法求出:

并且函数列绝对一致收敛到方程(1)的解。

Volterra型非线性积分方程

考虑如下Volterra(沃尔泰拉)型非线性积分方程:

定理2 设是定义在上的已知实连续函数,是和的连续函数,且关于u满足Lipschitz条件。这里为常数,则存在常数及,使,不妨设,则当满足条件

时,方程(2)有惟一连续解。可由如下迭代得到

且绝对一致收敛到(2)的解。

Hammertein型非线性积分方程

在非线性积分方程中,研究较多的是下列的Hammerstein(哈默斯坦)型积分方程(integral equation of the Hammerstein type)。

其中为已知函数。

定理1 设核是连续实对称正核,连续并满足如下条件:

(1) 存在,使得

(2) 存在,使得

其中真是积分算子的最小特征值,则方程(3)在中至少有一解。

定理2 设核为连续实对称正核,连续,并且存在及(同上),使

则(3)在中至少有一解。

定理3 如果对任何固定的是u的非减函数,则(3)至多有一解。

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