设齐次线性微分方程组x0=A(t)x x∈Rn A(t)在t∈R连续 证明零解稳定的充要条件是它的一个基解矩阵有界。
方程组,微分,矩阵
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设齐次线性微分方程组x0=A(t)x,x∈Rn,A(t)在t∈R连续,证明零解稳定的充要条件是它的一个基解矩阵有界。
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设X(t)为齐次线性微分方程组的一个基解矩阵,于是满足初值条件x(t0)=x0的解
x(t,t0,x0)=X(t)X-1(t0)x0
充分性 设基解矩阵有界,即‖X(t)X-1(t0)‖≤M(t0)(M(t0)与t0有关的正数)。于是,t≥t0取
,当‖x0‖<δ时,有
‖x(t,t0,x0)‖≤‖X(t)X-1(t0)‖ ‖x0‖<ε
即零解稳定。
必要性 由零解的稳定可知对ε>0,,当‖x0‖<δ时,有‖x(t,t0,x0)‖<ε
取,
,
那么以x01…,x0n为初值的n个解x(t,t0,x01),x(t,t0,x02),…,x(t,t0,x0n)是线性无关的。(由于这n个解的wronski行列式在t0处的值,从而以这n个解为列的矩阵X(t)=(x(t,t0,x01),…,x(t,t0,x0n))为原线性方程组的一个基解矩阵。
又由于,所以‖x(t,t0,x0k)‖<ε,其中后=1,2,…,n。即X(t)的每一列均有界,从而矩阵X(t)有界。
