27: ユークリディアンノルム付きユークリディアンベクトルたちスペース(空間)ODEに対するローカル唯一解の存在
<このシリーズの前の記事 | このシリーズの目次 | このシリーズの次の記事>
ユークリディアンノルム付きユークリディアンベクトルたちスペース(空間)ODEに対するローカル唯一解の存在の記述/証明
話題
About:
ノルム付きベクトルたちスペース(空間)
この記事の目次
開始コンテキスト
ターゲットコンテキスト
-
読者は、あるユークリディアンノルム付きユークリディアンベクトルたちスペース(空間)常微分方程式に対するあるクローズド(閉)インターバル(区間)ドメイン(定義域)に対するローカル唯一解の存在の記述と証明を得る、また、解の定義域の明確化を得る。
オリエンテーション
本サイトにてこれまで議論された定義の一覧があります。
本サイトにてこれまで議論された命題の一覧があります。
本体
1: 記述
任意のユークリディアンノルム付きユークリディアンベクトルたちスペース(空間)たち and 、任意の中心の半径オープンボール(開球)、任意のインターバル(区間)、任意のマップ(写像)で任意のおよび任意のに対してリプシッツ評価を満たし以下の2不等式、(ここで、はを満足する任意のナンバー(数))および、も満たすものに対して、上の初期値指定常微分方程式、初期条件、は全体上で唯一解を持つ。それが"ローカル"と呼ばれる理由は、およびは通常、当該方程式が本当に対象としているもっと広いエリアの中のローカルエリアのための解のために選ばれること。
注意として、もしも、がリプシッツ評価を上で満たしがそこでファイナイト(有限)である場合、は当該不等式たちを満たすように常に選べる、なぜなら、もしも、およぶが選択された後に当該不等式たちがに対して成立しない場合、あるより狭いインターバル(区間)を選んで それらおよびを動かすことなく当該不等式たちを満足するように選ぶことができる、なぜなら、 およびはより狭い当該ドメイン(定義域)に対してより大きくある必要がない。
2: 注1
のドメイン(定義域)は上でオープン(開)でないところ、の性は、ユークリディアンマニフォールド(多様体)たちの任意のサブセット(部分集合)間のマップ(写像)でポイントにおいてであるもの、ここで、はを除外しを含む、の定義によっており、各バウンダリー(境界)ポイントにおけるデリバティブ(微分係数)は、ここで、はのあるエクステンション(拡張)であってを満たすもの、である。
の各バウンダリー(境界)ポイントにおける性は、ワンサイデッド(片側)デリバティブ(微分係数)の存在にコンティニュアス(連続)性を付けたものに等しい; 各バウンダリー(境界)ポイントにおけるのデリバティブ(微分係数)はワンサイデッド(片側)デリバティブ(微分係数)に等しい、任意の(半分かもしれない)クローズドインターバル(閉区間)から任意のユークリディアンマニフォールド(多様体)の任意のサブセット(部分集合)の中への任意のマップ(写像)の各バウンダリー(境界)ポイントにおける性は、ワンサイデッド(片側)デリバティブ(微分係数)の存在にコンティニュアス(連続)性を付けたものに等しく、デリバティブ(微分係数)はワンサイデッド(片側)デリバティブ(微分係数)であるという命題によって。
3: 証明
当該常微分方程式はに等しい、なぜなら、もしも、が一方を満たす場合、それは他方を満たす: だと仮定する、すると、; だと仮定する、すると、。
全てマップ(写像)たちのセット(集合)に対して、マップ(写像)をによって定義する、それは、確かにの中へのものである、なぜなら、、そして、はコンティニュアス(連続)である。
をコンプリート(完備)メトリックスペース(計量付き空間)にしよう、任意のに対して、でもって。それは実際にメトリック(計量)である: 任意のに対して、1) 、ここで、等号は、もしも、である場合、そしてその場合に限って成立する; 2) ; 3) 。それは実際にコンプリート(完備)である: 任意のコーシーシーケンス(列)に対して、任意のポジティブ(正)に対して、以下を満たすある、つまり、各に対して、がある、しかし、任意のに対して、、それは、当該シーケンス(列)はポイント毎にリミット(極限)にコンバージ(収束)することを意味するが、、しかし、あるに対して、したがって、、したがって、はの中へ行く; 、それが意味するのは、当該シーケンス(列)はユニフォーム(一様)にコンバージ(収束)するということ、したがって、リミット(極限)はコンティニュアス(連続)である。
さて、、ここで、。したがって、、したがって、はコンストラクション(収斂)である、そして、コントラクション(収斂)マッピングの法則によって、以下を満たすユニーク固定要素、つまり、、がある。であるから、は上方でであり、は、当該常微分方程式のユニーク(はコンティニュアス(連続)マップ(写像)たちの間でユニークなので、それはなおさらマップ(写像)たちの間でユニークである)解である。
4: 注2
がいかに決定されるかを知ることが重要である: それは特に初期条件に依存する、それが、あるインターバル(区間)内の各ポイントにおけるローカル存在が当該インターバル(区間)全体に対するグローバル解の存在を保証しない理由である(別の命題を参照)。
参考資料
<このシリーズの前の記事 | このシリーズの目次 | このシリーズの次の記事>