Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

86

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
07.06.2023
Размер:
8.14 Mб
Скачать

Chapter 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x(t) = eAt x

eA(t ) B ( ( ))d , t I.

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

So,

|

 

 

1

 

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t I , a < 0;

2.

 

lim

| y(t) |=| y( ) |=

K c

0

,

 

lim

| (t) |=| ( ) | c .

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( (t)) = H0 y(t) An y(t),

t I,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.17)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

y

(t) = A

 

y(t),

 

t I,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(t) = (C RAH )y(t) RH0 y(t),

t I,

 

 

 

 

 

 

 

(4.19)

where

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A11

 

H

 

= (I

 

 

, O

 

),

H

 

 

= (O

 

, I

 

 

 

 

 

),

 

 

= I

 

,

 

A =

 

 

 

0

m

 

1

 

n m

 

 

n

 

 

 

,

 

 

 

 

 

m,n m

 

 

 

 

 

 

 

 

n m,m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A12

 

 

 

 

 

C C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

m 1,1

C

m 1,n

 

 

 

 

 

 

 

11

 

1n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

1n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A11 =

 

 

 

,

 

C =

 

 

 

 

,

 

A12 =

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cn1 Cnn

 

 

 

 

 

Cm1 Cmn

 

 

 

 

 

 

 

 

dm1 dmn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Proof. As conditions of the lemmas 1–3 are satisfied, then we get ratio (4.11).

Notice that

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

0

y

 

=

 

 

,

H

 

y =

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ym

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Then from (4.1) it follows that

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1( 1) = y1 c11 y1 c1n yn , , m ( m ) = ym cm1 y1 cmn yn ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= cyR ( ),

 

 

H y = A12 y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

*

 

 

y

d

[ y

*

 

 

y

]

y

*

 

 

y,

y y(t),

y y(t),

y y(t

 

 

 

 

 

 

 

1

dt

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

for matrices n (n m)

 

(4.20)

),

(4.21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ y

*

 

 

 

 

*

 

__

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

][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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|), |

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

|

,

 

 

i

= max (|

|,|

2i

(t) | c

4i

, i = 1, m,

t I ,

 

 

 

 

 

dt

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

1i

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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)

 

 

(4.23)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (C R A11 )* (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H * R*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

1

 

2

)H

0

,

 

2

= A11

 

H

0

H

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

0

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

* R*

 

 

H

0

,

3

= (C R A11 )*

A 2(C R A11 )*

 

 

RH

0

 

 

 

 

 

 

0

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(C R A11 )*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* R*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A11 H * R*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

A11 ,

 

 

4

 

= H

1

 

A11 A11

1

 

1

 

RH

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

R8

 

 

 

 

 

= H *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

0

 

2

A11 ,

5

H

0

,

 

 

6

 

= (C R A11 )

 

(C R A11 ),

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

= diag ( 11 , , 1m ),

2

=

diag ( 21 , , 2m ),

 

 

1

< ,

 

2

 

 

< .

 

 

 

(4.24)

215

Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions

Proof. From inclusion ( ) 0 it follows that

 

 

 

 

i

 

 

i

 

 

 

 

 

 

0,

 

1i

 

 

 

 

 

 

 

2i

 

 

 

i

i

 

 

 

 

 

 

 

where

d ( (t))

d

= (t) =

d ( (t))

,

= (t),

t I ,

dt

 

 

 

 

d ( (t))

 

 

 

 

 

(t)

 

 

 

dt

 

=

 

 

= (t) ,

t I.

 

d

 

 

 

 

dt

 

 

 

(4.25)

Multiplying identity (4.25) by

 

 

 

2

(t),

we get

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̇

 

 

 

 

̇

 

̇) ≥ 0,   ,    .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̇− )(

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Then for any value

 

1i

> 0

 

the inequality holds

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

̇− ̇)

 

 

 

(̇

 

 

̇) ≥ 0,    ,    .

(4.26)

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

From (4.26) it follows that

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

̇

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̇

 

 

 

̇) ≥ 0,    ,    ,

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.27)

 

 

 

 

̇− )

 

( −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where 1 = (11, … , 1 ), 1 = (11, … , 1 ) > 0, 2 = (21, … , 2 ).

Then the improper integral

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

=

 

( )

 

( )dt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

*

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̇] ≥ 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− ̇

 

 

̇+ ̇

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (t) = (

 

 

 

 

R

 

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,

 

 

*

=

,

 

 

 

*

=

.

 

From here due to the fact

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

that:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= y* (C RA11)*

1

H

y

y*H*R*

1

H

y

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

*

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

(C RA11)

 

 

1

A11y

y

 

H

R

1

A11 y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

= y* H

*

 

 

 

 

y 2 y*

 

 

11*

 

 

 

 

 

y y*

 

11*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

H

 

0

A

1

H

 

0

A

1

 

A11 y,

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

= y* (C RA11)*

1

 

 

(C RA11)y y*H

*R*

 

 

(C RA11)y

1

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

1

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y* (C RA11)*

 

RH

0

y

y

*H*R*

 

RH

0

 

y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I 2

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

(t)P2 y(t) y

*

(t)P3 y(t)]dt 0,

 

(4.28)

 

 

 

 

 

 

 

[y

(t)P1 y(t) y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

__

 

 

 

 

 

 

 

 

 

__

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Consider the case when

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,

 

 

,

R

,

i = 1, m.

 

 

(4.29)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

i

 

 

 

i

 

 

 

i

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

matrix

2 = diag(

21, ,

2m )

 

along

the

 

solution

 

of

 

 

the

 

system (4.13)

the improper

integral

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

(

)d

i

< ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

I

3

=

* ( (t))

2

 

(t)dt =

 

 

 

(

i

(t))

2i

 

(t)dt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

i

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= [H

 

 

 

 

 

*

2

[(C

R A11 ) y(t) RH

 

0 y(t) A11 y(t)]

0 y(t)]dt =

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

[ 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| 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

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]