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一类非线性弱奇异三重积分不等式中未知函数的估计及其应用

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欧阳云, 王五生. 一类非线性弱奇异三重积分不等式中未知函数的估计及其应用[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2017, 39(3): 69-74. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2017.03.011
引用本文: 欧阳云, 王五生. 一类非线性弱奇异三重积分不等式中未知函数的估计及其应用[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2017, 39(3): 69-74. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2017.03.011
Yun OU-YANG, Wu-sheng WANG. Estimation of Unknown Functions of a Class of Nonlinear Weakly Singular Triple Integral Inequalities and Its Application[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2017, 39(3): 69-74. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2017.03.011
Citation: Yun OU-YANG, Wu-sheng WANG. Estimation of Unknown Functions of a Class of Nonlinear Weakly Singular Triple Integral Inequalities and Its Application[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2017, 39(3): 69-74. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2017.03.011

一类非线性弱奇异三重积分不等式中未知函数的估计及其应用

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(11561019);国家自然科学基金项目(11161018);广西高等学校科研项目(KY2015ZD103)
详细信息
    作者简介:

    欧阳云(1982-),女,江西萍乡人,讲师,硕士,主要从事微分方程与积分不等式的研究 .

    通讯作者: 王五生,教授,博士
  • 中图分类号: O175.5

Estimation of Unknown Functions of a Class of Nonlinear Weakly Singular Triple Integral Inequalities and Its Application

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-28
  • 刊出日期:  2017-03-01

一类非线性弱奇异三重积分不等式中未知函数的估计及其应用

    通讯作者: 王五生,教授,博士
    作者简介: 欧阳云(1982-),女,江西萍乡人,讲师,硕士,主要从事微分方程与积分不等式的研究
  • 河池学院 数学与统计学院,广西 宜州 546300
基金项目:  国家自然科学基金项目(11561019);国家自然科学基金项目(11161018);广西高等学校科研项目(KY2015ZD103)

摘要: 研究了一类积分项外包含了非常数项的非线性弱奇异三重积分不等式.利用conformable分数阶导数与conformable分数阶积分的概念与运算法则、变量替换技巧和放大技巧等分析手段,给出了不等式中未知函数的上界估计.最后举例说明所得结果可以用来研究conformable分数阶积分方程解的定性性质.

English Abstract

  • Gronwall积分不等式[1]是最著名的积分不等式,表述为:

    其中:uf是区间[ab]上的非负连续函数,c≥0是常数,不等式中的未知函数u有估计式

    因为Gronwall积分不等式是研究微分方程、积分方程解的存在性、有界性、稳定性和唯一性等定性性质的重要工具,数学工作者不断地对它的形式进行各种推广,使它的应用范围不断扩大[2-15]. 1997年,文献[2]研究了奇异积分不等式

    2008年,文献[5]研究了弱奇异积分不等式

    2011年,文献[6]研究了Gronwall-ellman-Pachpatte型积分不等式.

    本文受文献[2-3, 5-9]的启发研究下面的弱奇异积分不等式

    不等式(4) 把文献[2]中的不等式(1) 推广成包含多个奇异积分项的不等式,不等式(4) 把文献[6]中的不等式(3) 推广成奇异不等式.本文利用文献[8-9]中给出的新的分数阶导数与分数阶积分的概念与运算法则研究奇异积分不等式.

  • 为了研究积分不等式(4),我们需要叙述conformable分数阶导数和积分的概念和有关运算规律.

    定义1  [8-9]对于函数$f:\left[{a, \left. \infty \right)} \right. \to {\mathbb{R} + } $,如果极限

    对所有ta存在,则称此极限为函数f的从a开始的0<α≤1阶conformable分数阶导数,并称函数f在区间[a,∞)上α可微.

    定义2  [8-9]函数$f:\left[{a, \left. \infty \right)} \right. \to {\mathbb{R} + } $的从a开始的0<α≤1阶conformable分数阶积分定义为

    引理1  [8-9]假设abpλα是实常数,α∈(0,1].假设函数fg在区间[a,∞)上α可微.令h(t)=f(g(t)).则有下面的运算规律:

    如果f在区间[a,∞)上α可微,则有

  • 约定${\mathbb{R} + } = \left[{0, \left. \infty \right)} \right. $.为了定理的叙述和证明简便,我们先用不等式(4) 中的函数w1w2w3定义3个新的函数W1W2W3

    定理1  假设函数fgheC([a,∞),$ {\mathbb{R} + }$),e是正的不减函数.假设${w_i} \in C\left( {{\mathbb{R} + }, {\mathbb{R} + }} \right)\left( {i = 1, 2, 3} \right), {w_1}\left( z \right), {w_2}\left( z \right), {w_3}\left( z \right), \frac{{{w_2}\left( z \right)}}{{{w_1}\left( z \right)}}, \frac{{{w_3}\left( z \right)}}{{z{w_1}\left( z \right)}}, \frac{{{w_3}\left( z \right)}}{{z{w_3}\left( z \right)}} $函数都是正的不减函数.如果u(t)满足不等式(4),则有未知函数u(t)的估计

    其中:

    T1是满足下面条件的最大实数

      因e(t)是增函数,对于任意选定的实数T∈[aT1],由(4) 式可以推出

    z1(t)表示不等式(19) 的右端,即

    显然, z1(t)是区间[aT]上正的不减函数,并且有

    根据文献[8-9]中给出的以a为积分下限的conformable左分数阶积分定义2,(20) 式可以改写成

    求函数z1(t)的α阶conformable分数阶导数,利用引理1和关系式(21),得到

    其中z2(t)由(25) 式定义

    可以看出z2(t)是[aT]上正的不减函数.由(22) 和(25) 式知

    求函数z2(t)的α阶conformable分数阶导数,利用引理1与不等式(24) 和(26),得到

    其中z3(t)由下式定义

    可以看出z2(t)是[aT]上正的不减函数.由(27) 和(29) 式知

    求函数z3(t)的α阶conformable分数阶导数,利用引理1和不等式(28) 和(30),得到

    不等式(32) 两边同除w1(z3(t))z3(t)得到

    根据引理1和W1的定义,由(33) 式得到

    先把不等式(34) 中的t替换成τ,然后不等式(34) 两边从at进行α阶conformable分数阶积分,根据引理1得到

    z4表示不等式(35) 的右端,则z4是[aT]上正的不减函数,且有

    求函数z4(t)的α阶conformable分数阶导数,利用引理1和不等式(36) 得到

    不等式(38) 两边同除$ \frac{{{w_2}\left( {W_1^{ - 1}\left( {{z_4}\left( t \right)} \right)} \right)}}{{{w_1}\left( {W_1^{ - 1}\left( {{z_4}\left( t \right)} \right)} \right)}}$得到

    根据引理1和W2的定义,由(39) 式得到

    先把不等式(40) 中的t替换成τ,然后不等式(40) 两边从at进行α阶conformable分数阶积分,根据引理1得到

    z5表示不等式(41) 的右端,则z5是[aT]上正的不减函数,且有

    求函数z5(t)的α阶conformable分数阶导数,利用引理1和不等式(42) 得到

    类似于对(38) 式的推导,由(44) 式推出

    由(46) 式进一步推出

    综合(21),(30),(36) 和(42) 式得到

    把(37),(43) 和(46) 式代入(47) 式得到

    由于T∈[0,T1]的任意性,我们得到(4) 式中未知函数的估计(16).

  • 我们用定理1的结果研究一类conformable分数阶积分方程解的估计.

      考虑下面的conformable分数阶积分方程:

    其中:k是常数;$ G, H \in C\left( {\left[{a, } \right.\left. \infty \right) \times {\mathbb{R}^2}, \mathbb{R}} \right), K \in C\left( {\left[{a, } \right.\left. \infty \right) \times \mathbb{R}, \mathbb{R}} \right)$满足下面的条件:

    这里函数fghw1w2w3满足定理1中的条件.

    利用条件(50),(51) 和(52),由积分方程(49),可以推出

    利用定理1,我们就可以得到不等式(53) 中未知函数|x(t)|的估计,从而得到方程(53) 解的估计为

    其中:

    W1W2W3和定理1中的定义相同.

参考文献 (16)

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