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二阶非线性脉冲时滞微分方程的振动性

2016-03-16闫春娟胡春霞李瑞红

教育教学论坛 2016年9期
关键词:振动

闫春娟 胡春霞 李瑞红

摘要:讨论了二阶非线性脉冲时滞微分方程的振动性.在文献[1]的基础上,引入函数r(t),利用脉冲微分不等式和Riccati变换,从而得到方程振动的条件,结果推广了原有文献中的结论。

关键字:脉冲;时滞;非线性

中图分类号:G642.3 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)09-0174-02

一、引言

r(t)(x ‘(t))′+f(t,x(t),x′(t))+g(t,x(t),x(t-τ))=0 t≥t,t≠t ①

x(t)=I(x(t)) x′(t)=H(x′(t)) k=1,2,……满足初始条件

x(t)=φ(t) t-τ≤t≤t ②

其中φ,φ‘:t-τ,t→R至多有限个不连续点,且在这些点右连续,0≤t

H)r∈C(R,(0,∞)),f:[t-τ,∞)×R×R→R是连续非负的函数。

H)g:[t-τ,+∞)×R×R→R是连续的,对于所有的x(t)x(t-τ)>0,有x(t)g(t,x(t),x(t-τ))>0,≥p(t),≤q(t),其中x(t-τ)≠0,p(t)≥0, p(t),q(t)在[t-τ,∞)上连续,xφ(x)>0,x≠0,φ′(x)≥0.

H)I,H∈C(R,R),存在正数a,,b,有

a≤≤,b≤≤,x≠0,k=1,2,…

H)对于t∈[t-τ,+∞),t≠t,k=1,2,…,x(t)是连续可微的且满足方程①,x(t),x(t),x′(t),x′(t)都存在并有x(t)=x(t),x′(t)=x′(t).[1]

二、主要结论

引理1 假设

a)序列{t}满足0≤t

a)m,m′∈PC′(R+,R),在t=t左连续,k=1,2,…

a)对于k=1,2,…,t≥t有m′(t)≤p(t)m(t)+q(t) ③

m(t)≤d(t)+b ④

其中p,q∈C(R+,R),d≥0,d,b是实常数,则下列不等式成立

m(t)≤m(t)dexp(p(s)ds)

+dexp(p(u)du)q(s)ds

+ dexp(p(s)ds)b t≥t ⑤

注:如果不等式③,④中的不等号反向,则不等式⑤中的不等号也反向。

引理2 令方程①的解为x(t),假设存在T≥t,对于t≥T-τ有x(t)>0,且满足以下条件:(i)前言中的假设条件H,H,H成立;

(ii)()ds=+∞

则x′(t)≥0,x′(t)≥0,t∈[t,t],t≥T.

证明:因为t≥T-τ时x(t)>0,所以t≥T时有x(t-τ)>0.首先,对于t≥T有x′(t)≥0,否则存在某个j,t≥T有x′(t)<0.

有方程①和假设条件H,可得

x′(t)=H(x′(t))≤x′(t)<0

令x′(t)=α,(α>0),由假设条件H知

r(t)(x(t))′=-f(t,x(t),x′(t))-g(t,x(t),x(t-τ))≤-p(t)φ(x(t-τ))≤0

因此,在区间[t,t)上,(i=1,2,…),函数r(t)(x(t))单调递减,则r(t)(x(t))≤r(t)(x(t))

从而,x(t)≤()x(t)≤-()·α<0 同理可得x(t)≤()x(t)

=()·H(x(t))≤()bx(t)

≤-()b·α<0

由数学归纳法得x(t)≤-()b·α<0

考虑脉冲微分不等式

r(t)(x(t))′≤0 t≥t,t≠t

x′(t)=H(x′(t))≤bx′(t) k=j+1,j+2,…

令m(t)=r(t)(x(t)),则上式可以转化为

m′(t)≤0 m(t)≤b(t)

由引理1可知:m(t)≤m(t)b

即,r(t)(x(t))≤r(t)(x(t))b

x(t)≤()·x(t)·b

又因为x(t)=I(x(t))≤x(t) k=j+1,j+2,…

再次由引理1可得,

x(t)≤x(t)a+()·x(t)·bds≤[x(t)+x(t)·(r(t))()ds]

由引理2中的条件(ii)知,t充分大时,x(t)≤0 这与引理2中的条件 t≥T-τ,x(t)>0矛盾,因此假设不成立,即有x′(t)≥0,t≥T.因为r(t)(x(t))在

[t,t),(i=1,2,…)单调递减,显然x(t)≥()

·x(t)≥0.即得证。[2]

定理2 满足假设条件H,H,H和引理2中的条件,存在正数k,a≥1,对于k≥k,若·p(u)du=+∞,则方程①的所有解振动。[3]

证明:假设x(t)是方程①的非振动解,即当t≥t-τ时,x(t)>0,由引理2可知,t≥t-τ,x′(t)≥0,x′(t)≥0,t∈[t,t).

令m(t)=,t≥t,m(t)≥0

由方程①和前言中的假设条件H,H可得,

m(t)=

-≤-p(t)

由方程①和前言中的假设条件H,a≥1,φ′(x)≥0可得,m(t)=≤=m(t)m(t+τ)=≤

=m(t+τ)[4]

由引理1知,

m(t)≤m(s)-p(u)du t≤s≤t

当s→t,t→t时,则

m(t)≤m(t)≤[m(t)-p(u)du]

当t-t>τ时,可

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