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.pdfChapter IV. Global asymptotic stability of multidimensional dynamic systems with cylindrical …
Theorem 1. Let the matrix |
A |
be a Hurwitz matrix, i.e. Re j |
(A) < 0, |
j = 1, n and |
|
conditions of the lemmas 1–3 be satisfied. Then following estimates are true:
| x(t) | c |
|
, |
| x(t) | c |
, |
t I, |
(4.14) |
0 |
|
1 |
|
|
||
| y(t) | c2 |
, |
| y(t) | c3 , |
|
t I, |
(4.15) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
t I, |
(4.16) |
| (t) | c4 |
where |
ci = const > 0, |
c |
|
< , |
i = 0,5. |
Moreover, the functions |
x(t), |
y(t ), (t), |
|||
i |
|
|
|||||||||
t I |
are uniformly continuous. |
|
|
|
|
|
|||||
Proof. Notice that |
|
periodic |
continuously |
differentiable |
function |
( ) 0 is |
|||||
limited, i.e. | ( ) | , |
|
0 < < , |
, Rn . |
Solution of the differential equation |
|||||||
(4.1) with respect to x(t), |
t I |
has the form |
|
|
|
||||||
|
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t |
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|
x(t) = eAt x |
eA(t ) B ( ( ))d , t I. |
|
|||||||
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0 |
|
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|
|
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|
0 |
|
|
|
From here
e At c( )e(a )t
taking into
, t I , |
> |
account 0 is an
that matrix |
A |
is a |
|
arbitrarily small number,
Hurwitz |
matrix and |
||
a = |
max |
Re |
(A) < 0, |
|
j |
|
|
|
1 j n |
|
|
| ( (t
|
where
)) | , t I , we get
x(t) | c( ) | x |
|
| e |
(a )t |
0 |
|
||
|
|
|
c |
= const, |
0 < c |
< , |
0 |
|
0 |
|
c( ) | x |
0 |
|
|
0 < c( ) |
| e |
(a |
|
|
< . |
)t |
B |
|
|
|
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So, |
| |
|
|
1 |
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|
a |
|||
|
||||
|
|
|||
x(t) | c |
, |
|||
|
|
0 |
|
e |
(a |
|
|
t, |
)t |
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
a |
|
t I , |
c
,
0,
0.
As
x = Ax B ( ),
then
| x(t) | |
A c |
0 |
B = c . |
|
|
1 |
Consequently,
| x(t) | c |
, |
1 |
|
t,
t I , , 0. From | x(t) | c0 , | x(t) | c1, t, t I there follows evaluation (4.14) and uniform continuity of the function x(t), t I. By the hypothesis of the theorem
conditions of the lemmas 1–3 are satisfied, consequently, matrices A, A are similar
i.e.
|
(A) = |
(A), |
j |
j |
|
|
|
|
|
|
|
j = |
1, n |
, yi = i* x, i = 1, m, |
ym i = 0*i x, |
i = 1, n m,
y = Kx = P* x. Then
| y(t) | P* |
| x(t) | P* c |
0 |
= c |
, |
t, |
t I , |
| y(t) | P* |
| x(t) | P* c = c |
, |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
3 |
|
t, t I. Thus, estimates (4.15) are proved. Finally from (4.13) it follows that
| (t) | C | y(t) | R | ( (t)) | Cc2 R = c4 , t, t I , , 0.
211
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
Consequently, we
x(t), |
y(t ), |
, |
t |
have an evaluation (4.10). From the limitation of derivatives
I , |
we get uniform inequalities |
x(t), |
y(t ), (t), |
t I. |
The theorem is proved. |
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|
||||||||
It should |
be |
|
noted |
that: |
1. |
|
From evaluation |
| |
x(t) | c |
, |
|
|
t, |
t I |
|
we have |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
lim | x(t) |=| x( ) | c( ) | |
x0 |
| |
|
|
1 |
B = c0 |
|
c0 |
|
by |
|
virtue |
|
of |
injustice | x(t) |, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
a |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
t |
|
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|
||
t I , a < 0; |
2. |
|
lim |
| y(t) |=| y( ) |= |
K c |
0 |
, |
|
lim |
| (t) |=| ( ) | c . |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
t |
|
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t |
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4 |
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|||||||
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||||||||
Lemma 4. Let the conditions of the lemmas 1–3 be satisfied. Then along the |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
solution of the system (4.13) the following identities hold |
|
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||||||||||||||||||||
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|
( (t)) = H0 y(t) An y(t), |
t I, |
|
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(4.17) |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
H |
y |
(t) = A |
|
y(t), |
|
t I, |
|
|
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|
(4.18) |
||||||||||||||||
|
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1 |
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|
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|
12 |
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|||||||||||||||||||||||||
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|
(t) = (C RAH )y(t) RH0 y(t), |
t I, |
|
|
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(4.19) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
where |
|
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|
H |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A11 |
|
|||||
H |
|
= (I |
|
|
, O |
|
), |
H |
|
|
= (O |
|
, I |
|
|
|
|
|
), |
|
|
= I |
|
, |
|
A = |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
0 |
m |
|
1 |
|
n m |
|
|
n |
|
|
|
, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
m,n m |
|
|
|
|
|
|
|
|
n m,m |
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||
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|
H1 |
|
|
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|
A12 |
|
||||||
|
|
|
|
C C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
m 1,1 |
C |
m 1,n |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
11 |
|
1n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
1n |
|
|
|
|
|
|
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|
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||||||||||||||
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|
||||||||||||||
A11 = |
|
|
|
, |
|
C = |
|
|
|
|
, |
|
A12 = |
|
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. |
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|||||||
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|
Cn1 Cnn |
|
|||||||||||
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|
|
Cm1 Cmn |
|
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|
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|
|
|
|
dm1 dmn |
|
|
|
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|
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|
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||||||||||||||||||||||||||||
Proof. As conditions of the lemmas 1–3 are satisfied, then we get ratio (4.11). |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Notice that |
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|
y |
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|
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|
|
y |
|
|
|
|
|
|
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|
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|||
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m 1 |
|
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|||
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1 |
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|||||
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|
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|
H |
0 |
y |
|
= |
|
|
, |
H |
|
y = |
|
|
|
. |
|
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|
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1 |
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|
yn |
|
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|
|
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|
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|
||
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ym |
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|||||
Then from (4.1) it follows that |
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1( 1) = y1 c11 y1 c1n yn , , m ( m ) = ym cm1 y1 cmn yn , |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
= cyR ( ), |
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H y = A12 y, |
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1 |
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|
||
where i ( i ) = i ( i (t)), |
|
yi = yi (t), |
|
|
|
|
yi |
= yi (t), |
|
|
t I. From here |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
i = |
1, m |
, |
i = |
1, n |
, |
|
i = 1, n, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
|
|
we get identities (4.17) – (4.19). The lemma is proved.
212
Chapter IV. Global asymptotic stability of multidimensional dynamic systems with cylindrical …
Lemma 5. Let the conditions of the lemmas 1–4 be satisfied. Then
* , |
M M * , 1 , N1, N2 , of orders |
|
n n, |
n n, n n, n (n m), |
|||||||||||||||||||||||
along the solution of the system (4.13) |
|
the identities hold. |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
y |
* |
y |
1 d |
[ y |
* |
y], |
|
y |
* |
My |
1 d |
( y |
* |
My), |
t I , |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 dt |
|
|
|
2 dt |
|
|||||||||||||||||
|
|
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|
|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
||||
|
y |
* |
|
|
y |
d |
[ y |
* |
|
|
y |
] |
y |
* |
|
|
y, |
y y(t), |
y y(t), |
y y(t |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
dt |
|
1 |
|
1 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
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||||
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
for matrices n (n m)
|
(4.20) |
), |
(4.21) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[ y |
* |
|
|
|
|
* |
|
__ |
|
|
|
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|
][H1 y(t) A12 |
y(t)] 0, |
|
(4.22) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(t ) N2 y |
(t ) N1 |
|
|||||||||||||||
|
Proof. Identity (4.20) directly follows from equality |
|
d |
[ y |
* |
y] y y y y 2 y |
* |
y, |
||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
d |
* |
My] |
|
* |
|
|
* |
|
|
|
|
* |
|
|
and |
identity |
|
|
(4.21) |
from |
equality |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
dt |
[ y |
y |
My y |
My |
2 y |
My, |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
[ y |
* |
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
* |
|
|
t I. |
As |
follows |
from |
formula (4.18) |
for |
|
any |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
dt |
|
1 y] y |
|
1 y y |
|
1 y, |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
matrices |
N |
1 |
, N |
2 |
of orders |
n (n m), |
n (n m) |
the identity (4.22) holds. The |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lemma is proved.
Lemma 6. Let Hurwitz matrix, the
the conditions of the lemmas 1–3 be satisfied, the matrix
function |
( ) 0. |
Then function |
z(t) = ( y(t), y(t)), |
|
|
|
|
t
A
be a
I |
is |
limited, |
|
i.e. |
|
|
| |
z(t) | a, |
|
t I , |
|
|
continuously |
|
|
differentiable, |
moreover |
||||||||||||||||||||||||||||||
| z(t) |=| ( y(t), y(t)) | c, |
t I , 0 < a < , 0 < c < . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Proof. Let the conditions of the Lemma be satisfied. We show that the derivative |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
( (t)) = ( ( |
), , |
m |
( |
m |
)), |
t I |
is limited. Indeed, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
d |
( |
i |
(t)) |
|
|
|
|
|
|
d |
|
( |
i |
(t)) |
|
d |
(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
= |
( |
(t)) = |
|
i |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
, |
t I , |
i = 1, m. |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
i |
i |
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
As |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|), | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
| |
|
| |
, |
|
|
i |
= max (| |
|,| |
2i |
(t) | c |
4i |
, i = 1, m, |
t I , |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
dt |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
1i |
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
by virtue of ( ) 0 , |
| (t) | |
c , t |
I |
(see theorem 1 from [16]), then | ( (t)) | m , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|||
t I , |
0 < m1 < . From the first equation for identities (4.3), we have |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
y(t) = Ay(t) B ( (t)), |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
t I. |
From here it follows that | y(t) | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
A | y | |
|
B | ( (t)) | |
|
|
A c3 |
|
B m1 = m2 , |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 < m2 < , t, |
|
t I. From evaluation |
|
| y(t) | |
c2 , | |
y(t) | c3 , |
| y(t) | = m1 , t I |
213
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
we get | z(t) | = | ( y(t), y(t)) | a, |
| z(t) | = | ( y(t), y(t)) | c, |
t, |
t I. the lemma |
is proved.
Lemma 7. Let the conditions of Lemma 1 be satisfied, and let besides:
1) scalar continuous function W (z) > 0, z, |
z R2n , W (0) = 0; |
2) | z(t) | a, | z(t) | c, t I ; |
|
|
|
|
|
|
|
3) improper integral |
|
|
|||
W (z(t))dt < . |
|||||
|
|
|
|
0 |
|
Then |
lim |
z(t) = 0, |
where |
|
|
|
z(t) = ( y(t), y(t)), |
||||
|
t |
|
|
|
|
t I.
Proof. Let the conditions of Lemmas 1) – 3) be satisfied. We show that
lim
t
t |
|
k |
|
z(t) = 0, |
(lim y(t) = 0, |
lim |
y(t) |
|
|
|
|
|
t |
t |
|
Suppose the contrary, i.e. |
lim |
z(t) |
|
||
|
t |
|
when k such as |
| z(tk ) | |
=
0).
0. |
Then |
|
|
||
> 0, |
k = |
there exists a sequence
1,2, . We choose |
t |
k |
|
{t |
k |
}, |
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
t |
k |
|
||
|
|
|
|
t |
k |
> 0, |
|
|
|
1 |
> 0, |
|
|
k = 1,2, . |
As |
z(t), |
t I is continuously differentiable |
| |
z(t) | a, | z(t) | |
|||||||||||||||||||||
t I , |
then |
|
| z(t) z(t |
) | c | t t |
|
|, |
t, |
t [tk |
|
|
1 |
, tk |
|
1 |
], |
k = 1,2, . |
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
k |
|
k |
|
2 |
2 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
tk |
|
|
1 |
> tk 1 |
, |
tk |
|
|
1 |
< tk 1, W (z) > 0, |
z R |
2n |
, |
then |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c,
As
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W (z(t))dt |
|
|
W (z(t))dt, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
k =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
where |
|
| |
y(t) |=| y(tk ) y(t) y(tk ) | | y(tk ) | | y(t) y(tk ) | c |
|
1 |
= |
|
> 0, |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
0 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
t, |
t [tk |
|
|
1 |
, tk |
|
|
1 |
]. |
We can always choose the value |
1 |
> 0 so, that the value |
|||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
0 > |
0. |
So |
| z(t) | |
, |
| z(t) | c, |
|
t [tk |
|
1 |
, tk |
|
|
1 |
]. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
As the function W ( z) |
is continuous on the compact set 0 |
| z | c, then there is a |
||||||||||||||||||||||||||||||
number m > 0 such as |
|
|
min |
|
W (z) = m. Then the value of the integral |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
01 |z| c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W[z(t)]dt 1m, k = 1, 2, . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
214
Chapter IV. Global asymptotic stability of multidimensional dynamic systems with cylindrical …
Consequently,
|
t |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W[z(t)]dt |
|
|
W[z(t)]dt |
k( m) = . |
||
|
|
lim |
1 |
|||
0 |
k =1 |
|
|
|
k |
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
This contradicts condition 3) of the Lemma. The lemma is proved.
Lecture 34.
Global asymptotic stability of multidimensional dynamic systems I. Auxiliary lemmas
Based on nonsingular transformation and using properties of the solution of the system (4.1), (4.2) we can obtain estimates of improper integrals along the solution of the system (4.13), separately for two cases:
i |
i |
|
|
|
|
i |
i |
|
|
|
|
||
a) |
|
i |
( i )d i |
= 0, i1, m; |
á) |
|
i |
( i )d i |
0, i1, m; |
||||
|
|
||||||||||||
|
i |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
where i |
1 |
, |
|
|
is a period of the function i ( i ). |
||
R |
|
i |
|||||
Theorem 2. Let the conditions of lemmas 1–3 be satisfied, the matrix |
|||||||
Hurwitz |
matrix, |
the function |
( ) 0. |
Then for any diagonal |
A be a matrix
|
1 |
= diag( |
11 |
, , |
1m |
) > 0 |
|
|
|
|
|
||||
improper integral |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
= [ y |
* |
(t) 1 |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
where
of order |
m m, |
along the solution of |
|
y(t) y |
* |
(t) |
|
y y |
* |
(t) |
|
y |
(t) y |
* |
(t) |
|||||||
|
|
2 |
|
3 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
* |
(t) |
|
|
y(t) y |
* |
(t) |
|
y(t)]dt 0, |
|
|
||||||||
y |
5 |
|
6 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
the system (4.13) the
4 |
y |
(t) |
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(4.23)
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1 |
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1 |
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2 |
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0 |
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2 |
= A11 |
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0 |
H |
0 |
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= (C R A11 )* |
A 2(C R A11 )* |
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1 |
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(C R A11 )* |
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2 |
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= H |
1 |
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1 |
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1 |
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= H * |
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H |
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= (C R A11 ) |
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(C R A11 ), |
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1 |
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0 |
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1 |
2 |
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||||||||||
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1 |
|
= diag ( 11 , , 1m ), |
2 |
= |
diag ( 21 , , 2m ), |
|
|
1 |
< , |
|
2 |
|
|
< . |
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(4.24)
215
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
Proof. From inclusion ( ) 0 it follows that
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i |
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i |
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0, |
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1i |
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2i |
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i |
i |
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|
where
d ( (t))
d
= (t) = |
d ( (t)) |
, |
= (t), |
t I , |
|
dt |
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|
|
|
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d ( (t))
|
|
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|
(t) |
|
|
|
dt |
|
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= |
|
|
= (t) , |
t I. |
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|
d |
|
|
|||
|
|
dt |
|
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(4.25)
Multiplying identity (4.25) by |
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2 |
(t), |
we get |
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̇) ≥ 0, , . |
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̇− )( |
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Then for any value |
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1i |
> 0 |
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the inequality holds |
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̇− ̇) |
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(̇− |
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̇) ≥ 0, , . |
(4.26) |
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From (4.26) it follows that |
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̇) ≥ 0, , , |
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(4.27) |
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̇− ) |
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( − |
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||
where 1 = (11, … , 1 ), 1 = (11, … , 1 ) > 0, 2 = (21, … , 2 ). |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Then the improper integral |
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* |
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0 |
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0 |
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̇] ≥ 0, |
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̇+ ̇ |
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= (t) = ( |
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R |
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11)y(t) RH0 y(t), t I |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
where = (t) H0 y(t) A11 y, |
C |
A |
by virtue |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
of identities (4.17), (4.18), respectively, |
|
|
* |
= |
, |
|
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|
* |
= |
. |
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From here due to the fact |
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that: |
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1 |
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1 |
H |
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0 |
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1 |
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0 |
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y |
(C RA11) |
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1 |
A11y |
y |
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H |
R |
1 |
A11 y, |
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= y* H |
* |
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11* |
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y y* |
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11* |
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1 |
H |
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0 |
A |
1 |
H |
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0 |
A |
1 |
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A11 y, |
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1 |
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(C RA11)y y*H |
*R* |
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(C RA11)y |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
y* (C RA11)* |
|
RH |
0 |
y |
y |
*H*R* |
|
RH |
0 |
|
y, |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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1 |
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|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
0 |
|
|
1 |
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
216
Chapter IV. Global asymptotic stability of multidimensional dynamic systems with cylindrical …
= y |
(C RA11) H y y |
H |
R H y |
|
|||||||||||||||||||||
* |
1 |
2 |
|
* |
|
|
|
|
* |
1 |
2 |
0 |
|
* |
* |
|
* |
|
1 |
2 |
0 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
y |
* |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
* |
H |
* |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
(C RA11) |
2 |
A11 y y |
0 |
R |
2 |
A11 y, |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||
we have an assessment (4.23) where i, |
|
|
|
___ |
are denoted by formula (4.24). |
||||||||||||||||||||
i |
1,6 |
||||||||||||||||||||||||
Theorem 3. Let the conditions of lemmas 1-5 be satisfied, matrix be a Hurwitz |
|||||||||||||||||||||||||
matrix, the function |
( ) 0. |
Then for any matrices N1 |
, N 2 of orders |
n (n m), |
n (n m)
respectively, the improper integral
|
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|
I 2 |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
(t)P2 y(t) y |
* |
(t)P3 y(t)]dt 0, |
|
(4.28) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
[y |
(t)P1 y(t) y |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
P1 N2 H1 , |
|
|
P2 |
|
|
|
* |
|
|
* |
N2 |
A12 |
, |
P N |
|
A . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
where |
|
|
H1 |
N1 |
3 |
|
|
|
|
1 |
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
Proof. |
As |
|
|
|
|
|
follows |
|
|
|
from |
|
|
|
identity |
|
|
|
|
(4.22) |
the |
equality |
holds |
|||||||||||||||||
y |
* |
N2 H1 y(t) y |
* |
|
|
|
|
|
__ |
|
|
|
|
* |
|
|
* |
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
__ |
|
|
|
|
||||||||
(t)(N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(t)N1 |
A12 y(t) 0, t, t I. From |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
A12 H1 |
N1 ) y(t) y |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
here it follows that |
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
* |
(t)P2 y(t) y |
* |
(t)P3 y(t) 0, |
|
t, t I. |
Consequently, the |
||||||||||||||||||||||||||
|
y |
P2 y(t) |
y |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
improper integral |
|
I |
2 |
0. |
The lemma is proved. |
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||
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||
|
|
Consider the case when |
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||||||||||||
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|
|
i |
|
i |
|
|
|
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|
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|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
= 0, |
|
|
, |
R |
, |
i = 1, m. |
|
|
(4.29) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
( )d |
|
|
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|
|||||||||||||||||||||
|
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|
1 |
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|
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|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
i |
|
|
|
i |
|
|
|
i |
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
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|
i |
|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|
Theorem 4. Let the conditions of Theorem 2 be satisfied, the function |
( ) 0 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
satisfy |
the |
condition |
(4.29), where |
|
( ) = ( ( |
), , |
m |
( |
m |
)). Then |
for |
any |
diagonal |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
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1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
matrix |
2 = diag( |
21, , |
2m ) |
|
along |
the |
|
solution |
|
of |
|
|
the |
|
system (4.13) |
the improper |
||||||||||||||||||||||||||
integral |
|
|
|
|
|
|
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|
( ) |
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|
|||||
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
3 |
= [ y* (t)T |
* y |
(t) y* (t)T y(t) y* (t)T y(t)]dt = |
|
|
|
* ( ) |
2 |
d |
||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0) |
|
|
|||||
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T = A |
|
RH |
|
|
(C R A |
* |
|
H |
|
, |
|
* |
|
|
|
|
|
|
T = H |
||||||
where |
2 |
0 |
) |
2 |
0 |
T2 |
= A11 2 |
(C R A11), |
||||||||||||||||||
|
1 |
11 |
|
|
|
11 |
|
|
|
|
3 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
( ) |
|
|
|
m |
( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
* ( ) 2d = |
|
i ( i ) 2i d i . |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(0) |
|
|
|
i=1 (0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.30)
* |
|
RH |
|
, |
|
2 |
0 |
||
0 |
|
|
217
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
Proof. Notice that
|
|
i |
( ) |
(0) |
i |
|
|
|
|
|
( |
) |
|
|
(t)dt = |
|
( |
i |
) |
2i |
d |
i |
|
= |
|
|
( |
) |
2i |
d |
i |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
i |
i |
|
2i i |
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
i |
i |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0) |
2 |
i |
|
|
|
|
|
|
|
(0) |
(k 1) |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
( |
|
)d |
i |
|
|
|
|
|
|
|
( |
i |
)d |
i |
|
|
|
|
|
( |
)d |
i |
= |
||||||||||
|
|
|
i |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
i |
|
|
||||||||
|
(0) |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0) k |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0) (k 1) |
i |
|
|
|
|
|
|
|||||
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
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|
|
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|
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|
|
|
|
= |
|
|
( |
)d |
i |
< , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
i |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0) (k 1) |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
where values
(0) |
i |
(0) (k 1) |
i |
|
|
|
|
( |
) |
2i |
d |
i |
= 0, |
, |
|
|
( |
)d |
i |
= 0, |
||
|
i |
i |
|
|
|
|
|
i |
i |
|
|
|||||
|
(0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0) k |
i |
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
(4.31)
for any any i
k = ( )
0, 1, 2, , |
i |
is a period of the function i ( i ). In other words, for |
|
there is such |
a |
natural number k, |
where the length of a segment |
[ i (0) (k 1) i , i ( )] |
is less than |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
The improper integral |
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|||||
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
I |
3 |
= |
* ( (t)) |
2 |
|
(t)dt = |
|
|
|
( |
i |
(t)) |
2i |
|
(t)dt = |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
i |
|
||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= [H |
|
|
|
|
|
* |
2 |
[(C |
R A11 ) y(t) RH |
|
||||||||||||
0 y(t) A11 y(t)] |
0 y(t)]dt = |
|||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
[ y |
* |
(t)T y(t) y |
* |
(t)T |
|
y(t) y |
* |
(t)T y(t)]dt = |
||||||||||||
|
|
|
2 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( )
=* ( ) 2 d <
(0)
|
|
|
|
by virtue of inequalities (4.31), where ( (t)) = H0 y(t) A11y(t), |
y = (C RA11)y(t) |
t I. So, it is inequality (4.30) (see (4.32)) is proved. The theorem is proved. Consider the case when
(4.32)
RH |
0 |
y |
(t), |
|
|
|
i |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
( i )d i |
= i 0, |
i , i R1, i = 1, m. |
(4.33) |
i
218
Chapter IV. Global asymptotic stability of multidimensional dynamic systems with cylindrical …
Define the values i , |
i |
so that |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
i |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
| i ( i ) | d i , i = |
i |
, |
i = 1, m. |
||||||||||||||
|
|
i = |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
i |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Theorem 5. Let the conditions of Theorem 2 be satisfied, the function ( ) 0 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
satisfy the condition (4.33), values i , i |
such that i |
i i = 0, i = 1, m. Then for any |
|||||||||||||||||||
diagonal |
matrices |
3 |
= (31, … , 3 ), |
|
|
|
4 = (41, … , 4 ) > 0, |
||||||||||||||
5 = (51, … , 5 ) > 0 |
|
|
|
such |
that |
|
|
|
|
|
|
44 5 − (5)(5) > 0, |
|||||||||
= ( |
, … , ), along the solution of the system (4.13) the improper integral |
||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
i |
( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
I |
|
= |
[ y |
* |
(t) y |
(t) y |
* |
(t) y(t) y |
* |
(t) y |
(t)]dt |
|
|
|
|
( |
|
) |
|
d |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
i |
3i |
i |
||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
3 |
|
|
i |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
i=1 |
(0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.34)
where
|
( |
) = |
( |
) |
i |
| |
( |
) |, |
i |
i |
i |
i |
|
i |
i |
|
i = 1, m,
|
___ |
Q |
* |
Q |
M |
, |
= N 1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
3 |
1 |
|
|
___ |
|
|
|
|
|
= N 2 |
Q |
M |
2 |
, |
2 |
|
1 |
|
|
___ |
|
|
|
3 = N 3 |
Q4 |
M 0 . |
|
|
|
|
__ |
Here matrices |
N i , |
i = 1,3,
Qi ,
i = 1,4,
M |
, |
i |
|
i = 0,2 are equal to:
___ |
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
__ |
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
___ |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
N 1 |
= A11 |
RH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
, |
N 2 |
= A11 |
|
(C R A11 ), |
|
|
|
|
|
|
RH |
|
, |
|||||||||||||||||||||||
0 |
(C R A11 ) |
3 |
|
N 3 = H |
|
0 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
3 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
Q = (C RA11)* |
(C RA11), |
Q = H*R* |
(C RA11), |
Q = (C RA11)* |
5 |
RH |
, |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
0 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Q |
= H |
|
|
RH |
|
|
, |
M |
|
|
|
|
|
H |
, |
M |
|
|
= 2A11 |
H |
, |
M |
|
= A11 |
|
A11. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
R |
5 |
0 |
0 |
= H |
|
1 |
2 |
4 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
4 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
4 |
0 |
|
|
|
|
|
|
4 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Proof. Notice, that function |
|
( |
), |
|||||
i |
i |
|
||||||
|
( ) |
|
|
( ) |
|
|
|
|
i |
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
i ( i )d i |
= |
|
i ( i )d |
|||
|
(0) |
|
|
|
(0) |
|
|
|
i |
|
|
|
i |
|
|
|
|
From here it follows that
i= 1, m
i
ii
i
has the property |
|
|
( ) |
|
|
|
| i ( i ) | d i = i i i |
= 0. |
(0) |
|
|
|
m |
i |
( ) |
m |
|
||||
|
|
i ( i ) 3i d i |
= i ( i (t)) 3i i (t)dt < |
(4.35) |
|||||
i=1 |
|
i |
(0) |
|
i=1 0 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
for any numbers 3i , |
|
|
|
|
|||||
i = 1, m. This inequality follows from (4.14) after replacement of |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i ( i ) by i ( i ), i = 1, m. |
|
|
|
|
|
|
219
Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions
Consider the function
S (t) = ( |
(t)) |
|
(t) |
2 |
( |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
i |
i |
|
3i i |
4i |
i |
|
= |
2 |
( ) |
2 |
|
|
| ( ) | |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4i |
i |
i |
|
5i |
|
i |
|
i |
i |
|
i |
|
|
3i |
i |
|
|
|
|
|
i 3i |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
) 0, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
4 |
5i |
|
4i |
i |
|
i |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
> 0, |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
due to the fact that |
|
4i |
5i |
i |
3i |
|
i = 1, m0. |
|
) |
2 |
(t) |
( ) |
|
|
= |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
5i |
|
i |
|
|
|
i |
|
i |
|
3i |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
= |
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
i |
3i |
( ) | |
||||||||||
|
|
|
|
5i |
i |
|
2 |
5i |
|
|
i |
i |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
t, |
|
t I , i = 1, m, |
|
|
|
|
From here it follows that
|
( |
(t)) |
3i |
|
(t) |
i |
i |
|
i |
|
Summarizing by |
i |
|
||
|
|
|||
|
* |
( (t)) (t) |
* |
|
|
|
|
||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
2 |
( ) |
|
|
2 |
(t |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
4i |
|
i |
i |
5i |
|
i |
|
in limits from 1 to |
m |
|
|
|
|
( (t)) ( (t)) |
* |
(t |
|
|
|
4 |
|
|
) |
( |
i |
) |
3i |
|
, |
|
|
i |
|
|
|
i |
|
|
||
in (4.36), we get |
||||||||
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
) (t) = |
|
|
|
( |
i |
|||
5 |
|
|
i |
|
|
|||
|
|
|
i=1 |
|
|
|
|
|
i = 1, m.
) |
|
, |
|
3i i |
|
(4.36)
i |
= |
(t), |
t I. |
i |
|
|
Integrating by
I |
4 |
= |
|
|
|
|
|
|
t |
in limits from 0 to |
|||||
|
||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
(t) |
||
[ |
( (t)) |
|||||
|
* |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
(t)) |
|
(t) |
|
|
i |
i |
|
3i i |
|
|
0 |
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
in (4.37), we get |
|
|
|
||||||
* |
( (t)) ( (t)) |
* |
(t) (t)]dt |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt = |
|
|
( |
(t)) |
|
(t)dt < , |
||||
|
|
|
i |
i |
|
3i |
|
i |
|
|
|
|
i=1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.37)
(4.38)
|
4 4i 5i |
* |
by virtue of inequalities (4.35). From inequalities |
i |
that |
4 |
5 |
( |
)( |
) > 0. |
As identities hold |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
4 |
|
|
|
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
__ |
|
|
|
* |
__ |
|
|
|
* |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
(t) = y |
(t) N |
|
y |
|
|
|
|
(t |
||||||||||||
|
|
( (t)) |
|
1 y(t) |
|
|
(t) N 2 y(t) y |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
(t) (t) = y |
* |
(t)Q y(t) y |
* |
(t)Q |
|
y(t) y |
* |
(t)Q y |
(t) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
1 |
(t)M |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
||||
|
|
|
( (t)) ( (t)) = y |
|
y(t) y |
(t)M y(t) y |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
then we have an evaluation (4.34). The theorem is proved.
2 |
|
|
|
|
i = 1, m it follows |
|
3i > 0, |
|
|||||
__ |
|
|
y(t), t I , |
|||
) N 3 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
y |
* |
Q |
y(t), |
t I, |
||
|
||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
(t)M |
2 |
y(t), |
t I, |
|||
|
|
|
|
|
|
220