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在數學裏,一個初值問題是一個涉及微分方程式與一些初始條件的問題;這初始條件是微分方程式的未知函數在某些點的設定值。以下就是一個初值問題的例子:
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若ƒ在一個包括t0及y0的區間內連續,且對變數y滿足利普希茨連續的條件.則皮卡-林德勒夫定理可保證在一個包括t0的區間有唯一解。
此定理的證明需將問題變成等價的積分方程,積分可視為將一個函數映射為另一個函數的運算子,因此其解為運算子的不動點,再利用巴拿赫不动点定理證明有一個唯一的不動點.即為初值問題的解。
較早期證明皮卡-林德勒夫定理的方式是建構一個函數的數列,最終會收斂到積分方程的解,也就是初值問題的解。這種建構法稱為「皮卡法」或是「連續近似法」,是巴拿赫不动点定理的一個特例。
日本數學家岡村博找到一個初值問題有唯一解的充分必要條件,其條件是要證實系統的李亞普諾夫函數存在[1]。
有些情形,函數ƒ不是光滑函数,甚至不是利普希茨連續,因此一般可確認局部唯一解的方式無法適用。皮亚诺存在性定理可以在函數ƒ僅僅為連續函數的情形,證明存在局部解。不過此時無法證明解的唯一性[2][3]。卡拉特歐多存在性定理可適用的範圍更廣,可以在ƒ是一些特定不連續函數的情形下證明局部解是否存在。
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定義[编辑]
一個初值問題涉及微分方程式- ,
- 。
- 假若初值問題的一個解是函數 ,則 是微分方程式 的解,滿足 。
- 對於更高階的問題,可視 為向量。每加高一個階,就増添一個分量給 。
解的存在性及唯一性[编辑]
對於許多的初值問題,解的存在性及唯一性可以用計算機來描述。若ƒ在一個包括t0及y0的區間內連續,且對變數y滿足利普希茨連續的條件.則皮卡-林德勒夫定理可保證在一個包括t0的區間有唯一解。
此定理的證明需將問題變成等價的積分方程,積分可視為將一個函數映射為另一個函數的運算子,因此其解為運算子的不動點,再利用巴拿赫不动点定理證明有一個唯一的不動點.即為初值問題的解。
較早期證明皮卡-林德勒夫定理的方式是建構一個函數的數列,最終會收斂到積分方程的解,也就是初值問題的解。這種建構法稱為「皮卡法」或是「連續近似法」,是巴拿赫不动点定理的一個特例。
日本數學家岡村博找到一個初值問題有唯一解的充分必要條件,其條件是要證實系統的李亞普諾夫函數存在[1]。
有些情形,函數ƒ不是光滑函数,甚至不是利普希茨連續,因此一般可確認局部唯一解的方式無法適用。皮亚诺存在性定理可以在函數ƒ僅僅為連續函數的情形,證明存在局部解。不過此時無法證明解的唯一性[2][3]。卡拉特歐多存在性定理可適用的範圍更廣,可以在ƒ是一些特定不連續函數的情形下證明局部解是否存在。
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