ALKALMAZOTT MATEMATIKAI LAPOK 15. KÖTET (A MTA Matematikai és Fizikai Tudományok Osztályának Közleményei, 1990-1991)

1990-91 / 1-2. sz. - Hatvani László: Közönséges differenciálegyenletek megoldásainak stabilitásáról mechanikai alkalmazásokkal

HATVANI L. 5. fejezet: A határegyenlet módszere 66 5.1. Autonóm rendszerekre vonatkozó tételek 67 5.2. Holonóm és ankolonóm mechanikai rendszerek­­ 71 5.3. Kiegészítő megjegyzések 75 6. fejezet: Energia-típusú Ljapunov-függvények 75 6.1. Általános rendszerekre vonatkozó tételek 76 6.2. Az egyensúlyi helyzet aszimptotikus stabilitása a sebességekre vonatkozóan 79 6.3. Kiegészítő megjegyzések 81 7. fejezet: Utószó 81 Jelölések 84 Irodalom 86 Bevezetés A stabilitás fogalma a mechanikából ered. Mint ismeretes, egy mechanikai rendszer állapotát helyzete és sebessége határozza meg, amelyeket közös néven állapothatározóknak nevezünk. Egy egyensúlyi helyzetet stabilisnak mondunk, ha a rendszer mozgásai során az állapothatározóknak a nyugalmi állapottól való eltérése tetszőlegesen kicsiny marad, feltéve, hogy a rendszer az egyensúlyi helyzethez ele­gendően közelről indult elegendően kicsiny kezdő sebességgel. Ha az eltérés még nullához is tart, amint az idő végtelenbe tart, az egyensúlyi helyzetet aszimptotiku­san stabilisnak mondjuk. Ha az egyensúlyi helyzet nem stabilis, akkor instabilisnak nevezzük. Például, a matematikai inga pályájának legalsó pontja stabilis egyensúlyi helyzet, a pálya legfelső pontja viszont instabilis. Tekintsünk most általánosabban egy olyan, időben változó rendszert vagy folya­matot, amelynek matematikai modellje egy (0.1) i = X(x,t) (<>0, x£Rk) közönséges differenciálegyenlet-rendszer­­t az időt jelöli, x pedig a rendszert jellemző állapothatározókból álló vektor. Jelölje x(f;xo,›o) a (0.1) egyenlet x(›o;xo,›o) = ^a feltételnek eleget tevő megoldását. Az xq kezdeti állapot meghatározása méréssel történik, tehát nem abszolút pontos. Ha a valódi Xq állapotra méréssel a£ közelítés adódott, akkor modellünk alapján arra a következtetésre jutunk, hogy a rendszer a­z időpillanatban az x(Λ,£,λo) állapotban található, pedig x(‹,xo,fo) lesz a valódi állapota. A modell csak akkor használható a gyakorlatban a rendszer leírására, ha ez a két állapot kicsit tér el egymástól, feltéve, hogy x elég jól közelíti xo-t. Ugyanazzal a problémával kerültünk szembe az általános (0.1) differenciálegyenlet egy tetszőleges x(0,xo,xo) megoldására vonatkozóan, mint az előbb egy mechanikai rendszer egyensúlyi állapotának tanulmányozásánál. A stabilitás egzakt matematikai elméletének megalapozója a kiemelkedő orosz mechanikus és matematikus, A.M. LJAPUNOV. 1892-ben megjelent doktori érteke­zésében — elvonatkoztatva a mechanikai rendszer egyensúlyi állapotától — megadta a (0.1) egyenlet tetszőleges megoldása stabilitásának ma is használatos definícióját : az x(f;x0,­o) megoldás stabilis, ha az­­x(f;£,x0) — z(f;x0,­o)­ eltérés tetszőlegesen Alkalmazott Matematikai Lapok 15 (1990-91)

Next