Теорема Нагу́мо — теорема существования решения краевой задачи первого рода для обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка, разрешённого относительно старшей производной. Принадлежит японскому математику Митио НагумоNagumo M. Über die differenzialgleichung . — pp. 864—865.. Является одной из теорем метода дифференциальных неравенств.

Формулировка теоремы

Рассмотрим следующее дифференциальное уравнение второго порядка с краевыми условиями первого рода:

Чтобы сформулировать теорему Нагумо для задачи , нам понадобится ряд определений.

Пусть функция определена при всех , где .

Определение. Будем говорить, что функция принадлежит классу функций НагумоВ работе Ф. Хартмана используется термин функция Нагумо — см. Hartman Ph. On Boundary Value Problems for Systems of Ordinary, Nonlinear, Second Order Differential Equations. — p. 494. на множестве и писать , если найдётся такая положительная непрерывная функция , что

Определение. Нижним и верхним (барьерными) решениями задачи называются соответственно функции и , принадлежащие , и такие, что

Определение. Классическим решением задачи называется функция , принадлежащая и удовлетворяющая уравнению при каждом и каждому из граничных условий .

Теорема (Нагумо). Пусть существуют такие нижнее и верхнее решения задачи , что

где . Тогда существует по крайней мере одно классическое решение задачи , принадлежащее и заключённое между барьерными решениями и :

Доказательство теоремы

Доказательство теоремы Нагумо опирается на метод стрельбы и использует следующие леммы.

Лемма 1. Пусть  — замкнутая ограниченная область на плоскости и пусть . Тогда любая интегральная кривая уравнения , проходящая через внутреннюю точку области , может быть продолжена в обе стороны до границы этой области.

См. также

Метод стрельбы

Примечания

Литература

Ссылки А. Б. Васильева, Н. Н. Нефедов. Нелинейные краевые задачи. М. Нагумо. О дифференциальном уравнении (перевод с немецкого).

Категория:Дифференциальные уравнения Нагумо Нагумо