11.5

Интегральные уравнения

[11/91%]
Показать
LaTeX
Задача 11.90

Доказать, что общее решение уравнения

x(t)−∫ab(∑i=1npi(t)qi(s))x(s)ds=y(t) x(t)-\int _{a}^{b}\left(\sum _{i = 1}^{n} p_{i}(t) q_{i}(s)\right) x(s) d s = y(t)

(относительно функции xx при известной yy) имеет вид

x(t)=∑i=1ncipi(t)+y(t) x(t) = \sum _{i = 1}^{n} c_{i} p_{i}(t)+y(t)

здесь ci∈C,1⩽i⩽nc_{i} \in \mathbb {C}, 1 \leqslant i \leqslant n, являются решениями системы уравнений

∑j=1naijcj=bi,i=1,…,n \sum _{j = 1}^{n} a_{i j} c_{j} = b_{i}, \quad i = 1, \ldots , n

где коэффициенты aija_{i j} и bib_{i} зависят от y,piy, p_{i} и qiq_{i}. Сформулировать альтернативу Фредгольма в терминах матрицы aija_{i j} и правой части bib_{i}. Функции pip_{i} считать линейно независимыми.

?
Задача 11.91

В пространстве C[0,1]C[0,1] найти решение следующих интегральных уравнений при всех значениях комплексных параметров λ,α,β\lambda , \alpha , \beta и γ\gamma :

?
(а)

x(t)−λ∫01tsx(s)ds=α+βt+γt2x(t)-\lambda \int_{0}^{1} t s x(s) d s = \alpha +\beta t+\gamma t^{2};

(б)

x(t)−λ∫01(ts+t2s2)x(s)ds=αtx(t)-\lambda \int_{0}^{1}\left(t s+t^{2} s^{2}\right) x(s) d s = \alpha t.

Задача 11.92

В пространстве C[0,π]C[0, \pi ] найти решение следующих интегральных уравнений при всех значениях комплексных параметров λ,α\lambda , \alpha и β\beta :

?
(а)

x(t)−λ∫0πcos⁡(t−s)x(s)ds=αsin⁡t+βcos⁡t;x(t)-\lambda \int_{0}^{\pi } \cos (t-s) x(s) d s = \alpha \sin t+\beta \cos t ;

(б)

x(t)−λ∫0πcos⁡(t+s)x(s)ds=αsin⁡t+βcos⁡tx(t)-\lambda \int_{0}^{\pi } \cos (t+s) x(s) d s = \alpha \sin t+\beta \cos t.

Задача 11.93

При каких условиях на функцию y∈L2[0,π]y \in L_{2}[0, \pi ] и параметр λ∈C\lambda \in \mathbb {C} уравнение

x(t)+λ∫0πsin⁡(t−s)x(s)ds=y(t) x(t)+\lambda \int _{0}^{\pi } \sin (t-s) x(s) d s = y(t)

имеет единственное решение в пространстве L2[0,π]L_{2}[0, \pi ]?

?
Задача 11.94

Найти все β∈R\beta \in \mathbb {R}, для каждого из которых уравнение

x(t)+∫01(1+αts)x(s)ds=β+t2 x(t)+\int _{0}^{1}(1+\alpha t s) x(s) d s = \beta +t^{2}

разрешимо в L2[0,1]L_{2}[0,1] при любом α∈R\alpha \in \mathbb {R}.

?
Задача 11.95

В пространстве L2[0,1]L_{2}[0,1] найти решение следующих интегральных уравнений при всех значениях комплексных параметров λ,a\lambda , a и bb :

?
(а)

x(t)−λ∫013tsx(s)ds=at+4t2x(t)-\lambda \int_{0}^{1} 3 t s x(s) d s = a t+4 t^{2};

(б)

x(t)−λ∫015t2s2x(s)ds=4t+bt2x(t)-\lambda \int_{0}^{1} 5 t^{2} s^{2} x(s) d s = 4 t+b t^{2}.

Задача 11.96

В пространстве L2[0,1]L_{2}[0,1] найти решение следующих интегральных уравнений при всех значениях λ∈C\lambda \in \mathbb {C} :

?
(а)

x(t)−λ∫01min⁡(t,s)x(s)ds=0x(t)-\lambda \int_{0}^{1} \min (t, s) x(s) d s = 0;

(б)

x(t)+λ∫01max⁡(t,s)x(s)ds=0x(t)+\lambda \int_{0}^{1} \max (t, s) x(s) d s = 0.

Задача 11.97

В пространстве L2[0,1]L_{2}[0,1] найти решение интегрального уравнения при всех значениях λ∈C\lambda \in \mathbb {C} :

x(t)+λ∫01(ts−min⁡(t,s))x(s)ds=y(t) x(t)+\lambda \int _{0}^{1}(t s-\min (t, s)) x(s) d s = y(t)

если

?
(а)

y(t)=ty(t) = t;

(б)

y(t)=sin⁡2πty(t) = \sin 2 \pi t.

Задача 11.98

В пространстве L2[0,1]L_{2}[0,1] найти решение интегрального уравнения при всех значениях λ∈C\lambda \in \mathbb {C} :

x(t)+λ∫01(12−∣t−s∣)x(s)ds=y(t) x(t)+\lambda \int _{0}^{1}\left(\frac{1}{2}-\left|t-s\right|\right) x(s) d s = y(t)

если

?
(а)

y(t)=cos⁡πty(t) = \cos \pi t;

(б)

y(t)=cos⁡2πty(t) = \cos 2 \pi t.

Задача 11.99

В пространстве L2[0,1]L_{2}[0,1] найти решение интегрального уравнения при всех значениях λ∈C\lambda \in \mathbb {C} :

x(t)+λ∫01(ts+max⁡(t,s))x(s)ds=y(t) x(t)+\lambda \int _{0}^{1}(t s+\max (t, s)) x(s) d s = y(t)

если

?
(а)

y(t)=cos⁡πty(t) = \cos \pi t;

(б)

y(t)=cos⁡2πty(t) = \cos 2 \pi t.

Задача 11.100

Разрешимо ли уравнение Фредгольма первого рода

∫0t(t−s)x(s)ds=y(t) \int _{0}^{t}(t-s) x(s) d s = y(t)

где

?
(а)

y(t)=sin⁡ty(t) = \sin t;

(б)

y(t)=cos⁡ty(t) = \cos t;

(в)

y(t)=sin⁡2ty(t) = \sin^{2} t в пространствах C[0,π];Lp[0,π],p∈[1,∞]C[0, \pi ] ; L_{p}[0, \pi ], p \in [1, \infty ]?