Асимптотические свойства решений нелинейных дифференциальных уравнений
Асимптотические свойства решений полиномиальных уравнений первого порядка. Теорема Харди.
Уравнение типа Эмдена – Фаулера второго порядка как пример модельного нелинейного уравнения. Сингулярные решения. Асимптотические свойства «blow-up», «black hole», «white hole»-решений.
Фазовый портрет линейной и нелинейной автономных систем на плоскости и в пространстве. Типы особых точек.
Асимптотическая классификация решений уравнений типа Эмдена – Фаулера второго,
третьего и четвертого порядков. Сведение уравнения n-го порядка к динамической
системе на (n-1)-мерной сфере и исследование фазового портрета этой системы. Понятие об асимптотической классификации решений сингулярных уравнений.
Асимптотические свойства решений уравнений типа Эмдена – Фаулера высокого порядка вблизи границ области определения. Влияние спектра оператора линейной части соответствующей уравнению динамической системы на асимптотику решений уравнения.
Типичность и нетипичность степенного асимптотического поведения сингулярных решений.
Асимптотическая эквивалентность нелинейных дифференциальных уравнений с различными типами возмущений.
Уравнения с нелинейностью общего вида. Подходы к изучению асимптотических свойств решений. Обсуждение актуальных нерешенных задач.
решений уравнения Риккати // Успехи математических наук. 2024. Т. 79, №2(476). С. 3–42.
Беллман Р. Теория устойчивости решений дифференциальных уравнений. М.: Иностранная литература. 1954.
Кигурадзе И. Т., Чантурия Т.А. Асимптотические свойства решений неавтономных обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Наука, 1990.
Качественные свойства решений дифференциальных уравнений и смежные вопросы
спектрального анализа. Под ред. И. В. Асташовой, М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2012.
По всем вопросам просьба обращаться к лектору: ast.diffiety@gmail.com
Исследуются асимптотические свойства решений нелинейных дифференциальных уравнений вблизи границ области определения. Обсуждаются некоторые методы получения асимптотических формул, в частности метод сведения уравнения к динамической системе и исследование ее фазового портрета. Исследуется вопрос о существовании периодических решений.
Введение в финансовую математику
Марковские моменты и остановленные процессы.
Теория оптимальной остановки.
Теория ожидаемой полезности.
Модели финансовых рынков и арбитраж.
Задачи ценообразования и хеджирования.
Первая лекция -- 11 марта.
По всем вопросам просьба обращаться к лектору sham@rambler.ru
Спектральная теория оператора Шрёдингера
Нули собственных функций.
Рост потенциала и дискретный спектр.
Критерий Молчанова дискретности спектра.
Убывание потенциала и существенный спектр.
Отсутствие собственных значений на существенном спектре. Теорема Като.
Асимптотическое поведение решений уравнения с суммируемым потенциалом.
Отрицательные собственные значения оператора Шредингера с полуограниченным потенциалом.
Многомерные дифференциальные выражения и их символы. Эллиптические дифференциальные выражения.
Слабо неполуограниченные потенциалы.
Оценки собственных функций.
Устойчивость существенного спектра относительно компактных возмущений резольвенты.
Несамосопряженные операторы, близкие к самосопряженным.
Полнота собственных векторов слабо несамосопряженных операторов.
Бесселевы и гильбертовы системы. Базисы Рисса. Базисы Рисса со скобками.
Регулярные краевые условия. Базисы Рисса из корневых подпространств оператора Штурма-Лиувилля.
Глазман И.М. Прямые методы качественного спектрального анализа сингулярных дифференциальных операторов. М.: Физматгиз. 1963.
Като Т. Теория возмущений линейных операторов. М.: Мир. 1972.
По всем вопросам просьба обращаться к проф. А.В. Филиновскому по адресу flnv@yandex.ru
Для оператора Шрёдингера на прямой устанавливается критерий Молчанова дискретности спектра, исследуется связь убывания потенциала на бесконечности и расположения существенного спектра оператора. Доказывается теорема Като об отсутствии собственных значений. Изучается асимптотическое поведение решений уравнения Шрёдингера с суммируемым потенциалом, устанавливаются оценки числа отрицательных собственных значений.
Введение в спектральную теорию дифференциальных операторов
Энергетическое пространство и функционал энергии.
Неограниченные операторы. Симметричность и самосопряженность.
Существенная самосопряженность операторов.
Расширение симметричного оператора. Индексы дефекта.
Полуограниченные операторы. Положительные и положительно определенные операторы.
Расширение полуограниченного оператора. Расширение по Фридрихсу.
Спектр замкнутого линейного оператора. Классификация точек спектра. Спектры расширений.
Спектр самосопряженного оператора.
Компактные и относительно компактные возмущения операторов.
Оператор Штурма-Лиувилля. Основные свойства оператора. Регулярный и сингулярный случаи.
Оператор Штурма--Лиувилля на конечном интервале. Асимптотика собственных значений и собственных функций.
Теоремы Штурма.
Оператор Штурма--Лиувилля в сингулярном случае. Оператор Шредингера.
Существенная самосопряженность оператора Шредингера. Теорема Сирса.
Другие условия существенной самосопряженности.
Глазман И.М. Прямые методы качественного спектрального анализа сингулярных дифференциальных операторов. М.: Физматгиз. 1963.
По всем вопросам просьба писать лектору проф. А.В. Филиновскому на почту flnv@yandex.ru
Изучаются краевые задачи для обыкновенных дифференциальных операторов на ограниченном интервале. Исследуется асимптотическое поведение собственных значений и собственных функций, рассматриваются вопросы полноты систем собственных функций. Для операторов на неограниченном интервале рассматриваются вопросы существенной самосопряженности, достаточные условия дискретности спектра, поведение собственных функций.
Нелинейные задачи математической физики и теория усреднения
Лемма о нулях векторного поля.
Построение галеркинских приближений и их энергетическая оценка. Теорема
существования обобщенного решения нелинейной задачи Дирихле. Единственность
обобщенного решения.
Метод монотонности общая теорема существования решения.
Система уравнений реакции-диффузии. Теорема существования обобщенного
решения начально-краевой задачи для этой системы. Лемма Гронуолла. Единствен-
ность обобщенного решения.
Пример разрушения решения начально-краевой задачи для системы реакции-
диффузии за конечное время (blow-up).
Лемма О.А. Ладыженской
Система уравнений Навье-Стокса. Постановка начально-краевой задачи. Физи-
ческая интерпретация.
Понятие обобщенного решения начально-краевой задачи для системы Навье-
Стокса. Единственность обобщенного решения (n=2).
Спектральная задача, связанная с системой Стокса. Построение "специального
базиса" в методе Галеркина.
Построение галеркинских приближений для решения начально-краевой задачи
для системы Навье-Стокса. Априорные оценки приближений.
Теорема существования обобщенного решения начально=краевой задачи для
сиcтемы Навье-Стокса (n=2).
Лемма о нормали к границе звездной области.
Тождество Деррика-Похожаева. Несуществование нетривиального гладкого ре-
шения задачи Дирихле для нелинейного эллиптического уравнения с частными про-
изводными.
Д. Гилбарг, Н. Трудингер. Эллиптические дифференциальные уравнения с частными призводными второго порядка. М.: Наука, 1989.
Л. К. Эванс. Уравнения с частными производными. Новосибирск: Тамара Рожковская, 2003.
Первая лекция -- 2 октября.
По всем вопросам просьба писать лектору на почту shaposh.tan@mail.ru
В спецкурсе будет рассказано о методах усреднения нелинейных краевых задач математической физики, будет дано объяснение возникновения т.н. критических значений параметров, при которых в усредненной задаче меняется характер нелинейности, возникают нелинейные нелокальные члены.
Теория колеблемости, блуждаемости и вращаемости
Частоты решений линейных автономных уравнений. Представление линейного уравнения в форме Пойа-Маммана.
Характеристики колеблемости вектор-функций. Их совпадение для решений автономных систем. Соотношение между ними. Пример несовпадения.
Спектр характеристик колеблемости автономных систем. Распределение их значений в пространстве решений.
Характеристики блуждаемости вектор-функций: скорость блуждания, показатели блуждаемости (сильный и слабый). Оценка скорости блуждания через норму оператор-функции системы.
Спектр характеристик блуждаемости автономных систем. Распределение их значений в пространстве решений.
Показатели вращаемости вектор-функций: ориентированной, неориентированной, частотной. Соотношения между ними.
Теорема Штурма о нулях решений. Совпадение характеристик колеблемости, вращаемости и блуждаемости для линейных уравнений второго порядка.
Грассмановы многообразия. Мера Хаара.
Интегральное представление показателя блуждаемости через частоту. Неравенство между ними.
Замечательное совпадение слабых показателей колеблемости и блуждаемости.
Сергеев И.Н. Замечательное совпадение характеристик колеблемости и блуждаемости решений дифференциальных систем // Мат. сб., 204:1 (2013), 119-138.
Сергеев И.Н. Характеристики колеблемости и блуждаемости решений линейной дифференциальной системы // Изв. РАН. Сер. матем., 76:1 (2012), 149-172.
Курс основан на совершенно новой (XXI век) теории ляпуновских характеристик колеблемости, блуждаемости и вращаемости решений дифференциальных систем. Обсуждаются определения этих характеристик, их связь с определёнными свойствами решений, соотношения между ними. Разбираются важнейшие частные случаи — характеристики решений автономных систем (когда прослеживается их связь с мнимыми частями собственных значений оператора, за-дающего систему), уравнений произвольного порядка (когда они связаны с частотой нулей решения), уравнений малого порядка (когда все характеристики оказываются одинаковыми).
Ляпуновская, перроновская и верхнепредельная устойчивость
Свойства устойчивости в специальных случаях: одномерном, автономном, линейном.
Классы линейных приближений, обеспечивающих различные виды устойчивости и неустойчивости.
Меры устойчивости и неустойчивости.
Радиальная устойчивость и неустойчивость, её связь с мерами устойчивости.
Контрастные сочетания различных свойств устойчивости и неустойчивости.
Определяются естественные понятия перроновской и верхнепредельной устойчивости нулевого решения дифференциальной системы, а также их многочисленные разновидности: от глобальной до частной устойчивости или неустойчивости и аналоги тех же свойств, распространяющиеся не на все, а на почти все возмущённые решения. Исследуются их логические связи с соответствующими ляпуновскими понятиями и друг с другом, со знаками показателей Перрона, Ляпунова и со специальными индикаторами. Изучаются их специфические особенности для одномерных, автономных и линейных систем. В частности, доказывается независимость большинства этих свойств от фазовой области системы. Обнаруживается полное совпадение возможностей исследования по первому приближению устойчивости и асимптотической устойчивости всех трёх типов. Аналогичное совпадение установлено для частичной и частной устойчивости по первому приближению, а в одномерном случае — сразу для всех перечисленных видов устойчивости, равно как и для всех видов неустойчивости.
Нелинейные законы сохранения
Формирование особенностей гладкого решения квазилинейного уравнения. Время образование особенности.
Обобщенное решение. Условия Рэнкина-Гюгонио. Проблема единственности обобщенного решения. Условие допустимости разрыва.
Метод исчезающей вязкости для квазилинейного уравнения. Уравнение Бюргерса и его решение.
Задача Коши в классе допустимых решений. Доказательство единственности.
Существование допустимого решения задачи Коши для квазилинейного уравнения. Формула Лакса-Олейник.
Поведение допустимого решения задачи Коши при больших временах. Асимптотика в норме L-бесконечность. Точность оценки.
Асимптотика в норме L_1. Распад в N-волну.
Гиперболические системы законов сохранения. Истинно нелинейные и линейно вырожденные характеристические направления. Допустимость разрыва согласно Лаксу. Малые разрывы. К-волны: ударные волны, волны разрежения, кон-тактные разрывы. Однопараметрическое семейство К-волн.
Теорема о существовании допустимого решения задачи Римана для системы гиперболических уравнений.
Энтропийные критерии допустимости. Энтропийная пара. Построение энтропии для одного уравнения и системы двух уравнений.
Симметрические гиперболические системы и энтропия.
Примеры гиперболических систем в строгом и нестрогом смысле. Системы уравнений газовой динамики.
Инварианты Римана. Симметрическая форма гиперболической системы. Система уравнений газовой динамики в ин-вариантах.
Уравнение Колмогорова-Петровского-Пискунова. Суще-ствование решения в виде бегущей волны. Устойчивость этого решения. Нахождение решения в виде асимптотического ряда.
Различные способы регуляризации невязкого уравнения Бюргерса – добавление вязких и дисперсионных членов. Автомодельное решение. Соотношение между порядками малости вязкости и дисперсии.
Уравнение Кортевега-де Вриза. Решение в виде уединенной волны. Солитоны. Построение двухсолитонного решения методом Хироты.
Нелинейное уравнение Шредингера. Понятие о критической нелинейности. Метод моментов. Образование особенностей решения. Гидродинамическая интерпретация.
Нелинейное уравнение теплопроводности. Особенности распространения тепловых волн (конечная и бесконечная скорость распространения волны, гладкость решения в точках фронта, явление локализации тепла).
П.Д. Лакс, Гиперболические дифференциальные уравнения в частных производных (глава 11), РХД, 2010 (англ. издание доступно на lib.mexmat.ru).
Л.Эванс. Уравнения с частными производными, Т.Рожковская, 2003 (англ. издание доступно на lib.mexmat.ru).
L.Debnath. Nonlinear Partial Differential Equations for Scientists and Engineers, Birkhäuser Mathematics, 2012 (доступно на lib.mexmat.ru).
Додд Р., Эйлбек Дж., и др. Солитоны и нелинейные волновые уравнения Мир, 1988.
С лектором можно связаться по адресу:
olga.rozanova@math.msu.ru
Курс направлен на то, чтобы познакомить слушателей с одним из интенсивно развивающихся сегодня разделов теории уравнений с частными производными - нелинейными законами сохранения. Уравнения, описывающие законы сохранения и связанные с ними, являются основным инструментом моделирования различных процессов физики, биологии, экономики, и т.д., где важным является описание явлений нелинейного переноса. Основы теории законов сохранения были заложены в середине 20 века и были мотивированы изучением процессов распространения ударных волн в воздухе. В 50-70 годы в работах И.М.Гельфанда, П.Д.Лакса, А.Майды, О.А.Олейник, С.Н.Кружкова (очень неполный перечень) были получены классические в этой области результаты, в дальнейшем продолженные в различных направлениях. Вместе с тем, существует большое количество нерешенных задач, которые могут быть сформулированы даже на элементарном уровне.
В спецкурсе рассматриваются в первую очередь, квазилинейные уравнения и системы законов сохранения первого порядка и связанные с ними уравнения и системы. Обсуждается, в частности, возможность построения точных решений, вопросы о возникновении особенностей гладких решений, типы этих особенностей, методы доказательства отсутствия гладких решений, проблемы построения обобщенных решений и возможности их регуляризации. Кроме того, рассматриваются уравнения более высоких порядков, связанные с законами сохранения добавлением специальных членов, и обсуждаются свойства, которые при этом возникают: возможность существования бегущих волн, солитонные решения, явление локализации.
Спецкурс является дополнительным к основному курсу уравнений в частных производных, где обсуждается в основном классическая теория линейных уравнений математической физики. Он призван познакомить с наиболее яркими явлениями теории нелинейных уравнений и современными методами их исследования.