1. Если однородная система имеет комплексное решение ,, (3), то она имеет два вещественных решения и , .
2. Если , решение однородной системы (20, то
, (4) также является решением системы (2), где С – произвольная постоянная.
3. Пусть имеется решений системы (2):
,
,
… (5)
,
Первый индекс обозначает номер решения, а второй означает номер функции.
Линейная комбинация , (6) также является решением системы (2).
Результат подстановки ого решения в систему (2) имеет вид:
, , (7).
Тогда свойство 3. доказывается следующим образом:
,
учитывая (7), получаем тождество.
Определение:
систем функций
,
,
… (8)
,
называется линейно независимыми в интервале , если не существует чисел не равных одновременно нулю, при которых для всего интервала выполнялось бы соотношение , (9)
Очевидно, что если одна из систем (8) равна нулю в интервале , то эти
системы функций линейно зависимыми в .
Введём в рассмотрение определитель:
(10)
Этот определитель называется определителем Вронского или вронскианом.
|
|
Теорема 1:
Если систем функций
,
,
… (11)
,
линейно независимыми в интервале , то .
Так как систем функций (11) линейно независимыми, то справедливо соотношение , , (12), где не все равны нулю.
Система (12) является линейной и однородной относительно и имеет ненулевое решение. Следовательно, определитель системы (12) равен нулю, т.е. .
Теорема 2:
Если систем функций
,
,
… (11)
,
системы (2) линейно независимыми в интервале , то их вронскиан не обращается в нуль ни в одной точке.
Предположим обратное, что существует точка , где .
Составим следующую систему:
…… (13)
определитель системы (13) равен нулю, следовательно, существует ненулевое решение.
, ,…, (14)
Запишем выражение , (15)
(15) является решением системы, кроме этого
, ,…,
На основании теоремы Пикара решение (15) может быть только ненулевым, т.е. , или , т.е. решения системы (2) линейно независимыми в интервале , что противоречит условию теоремы.
Из теорем 1. и 2. следует следующее утверждение:
Для линейной независимыми решений системы (2) в интервале ,необходимо и достаточно, чтобы вронскиан был отличен от нуля хоть в одной точке этого интервала, что подтверждает формула Остроградского –
Лиувилля.
21. Формула Остроградского – Лиувилля.
Для доказательства этой формулы найдем производную от вронскиана(по столбцам)
(17)
Итак, (18) решение (18) в форме Коши
.