On recovering non-local perturbation of non-self-adjoint Sturm – Liouville operator

封面

如何引用文章

全文:

详细

Recently, there appeared a significant interest in inverse spectral problems for non-local operators arising in numerous applications. In the present work, we consider the operator with frozen argument $ly = -y''(x) + p(x)y(x) + q(x)y(a)$, which is a non-local perturbation of the non-self-adjoint Sturm – Liouville operator. We study the inverse problem of recovering the potential $q\in L_2(0, \pi)$ by the spectrum when the coefficient $p\in L_2(0, \pi)$ is known.  While the previous works were focused only on the case $p=0$, here we investigate the more difficult non-self-adjoint case, which requires consideration of eigenvalues multiplicities. We develop an approach based on the relation between the characteristic function and the coefficients $\{ \xi_n\}_{n \ge 1}$ of the potential $q$ by a certain basis. We obtain necessary and sufficient conditions on the spectrum being asymptotic formulae of a special form. They yield that a part of the spectrum does not depend on $q$, i.e. it is uninformative. For the unique solvability of the inverse problem, one should supplement the spectrum with a part of the coefficients $ \xi_n$, being the minimal additional data. For the inverse problem by the spectrum and the additional data, we obtain a uniqueness theorem and an algorithm.

作者简介

Maria Kuznetsova

Saratov State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: kuznetsovama@sgu.ru
ORCID iD: 0000-0003-1083-0799
SPIN 代码: 1658-9960
Astrahanskaya str., 83, Saratov, Russia

参考

  1. Borg G. Eine Umkehrung der Sturm–Liouvilleschen eigenwertaufgabe: Bestimmung der differential-gleichung durch die eigenwerte. Acta Mathematica, 1946, vol. 78, pp. 1–96. https://doi.org/10.1007/BF02421600
  2. Marchenko V. A. Sturm–Liouville operators and their applications. Basel, Birkhauser, 1986. 367 p. https://doi.org/10.1007/978-3-0348-5485-6 (Russ. ed.: Kiev, Naukova dumka, 1977. 329 p.).
  3. Levitan B. M. Inverse Sturm–Liouville problems. Berlin, Boston, De Gruyter, 1987. 240 p. https://doi.org/10.1515/9783110941937 (Russ. ed.: Moscow, Nauka, 1984. 240 p.).
  4. Freiling G., Yurko V. A. Inverse Sturm–Liouville problems and their applications. New York, NOVA Science Publ., 2001. 305 p. EDN: ZVITUV
  5. Yurko V. A. Method of spectral mappings in the inverse problem theory. Inverse and Ill-posed Problems Series. Utrecht, Boston, Koln, Tokyo, VSP, 2002. 304 p. https://doi.org/10.1515/9783110940961, EDN: ZVIUEB
  6. Buterin S. A. On an inverse spectral problem for a convolution integro-differential operator. Results in Mathematics, 2007, vol. 50, pp. 173–181. https://doi.org/10.1007/s00025-007-0244-6
  7. Yurko V. Inverse spectral problems for first order integro-differential operators. Boundary Value Problems, 2017, vol. 2017, art. 98. https://doi.org/10.1186/s13661-017-0831-8
  8. Yang C.-F., Yurko V. On the determination of differential pencils with nonlocal conditions. Journal of Inverse and Ill-posed Problems, 2017, vol. 26, iss. 5, pp. 577–588. https://doi.org/10.1515/jiip-2017-0076
  9. Pikula M., Vladicic V., Vojvodic B. Inverse spectral problems for Sturm–Liouville operators with a constant delay less than half the length of the interval and Robin boundary conditions. Results in Mathematics, 2019, vol. 74, art. 45. https://doi.org/10.1007/s00025-019-0972-4
  10. Djuric N., Buterin S. On an open question in recovering Sturm–Liouville-type operators with delay. Applied Mathematics Letters, 2021, vol. 113, art. 106862. https://doi.org/10.1016/j.aml.2020.106862
  11. Buterin S. A. Uniform full stability of recovering convolutional perturbation of the Sturm–Liouville operator from the spectrum. Journal of Differential Equations, 2021, vol. 282, pp. 67–103. https://doi.org/10.1016/j.jde.2021.02.022
  12. Bondarenko N. P. Inverse problem for a differential operator on a star-shaped graph with nonlocal matching condition. Boletin de la Sociedad Matematica Mexicana, 2023, vol. 29, art. 2. https://doi.org/10.1007/s40590-022-00476-x
  13. Albeverio S., Hryniv R. O., Nizhnik L. P. Inverse spectral problems for non-local Sturm–Liouville operators. Inverse Problems, 2007, vol. 23, iss. 2, art. 523. https://doi.org/10.1088/0266-5611/23/2/005
  14. Nizhnik L. P. Inverse nonlocal Sturm–Liouville problem. Inverse Problems, 2010, vol. 26, iss. 12, art. 125006. https://doi.org/10.1088/0266-5611/26/12/125006
  15. Bondarenko N. P., Buterin S. A., Vasiliev S. V. An inverse spectral problem for Sturm–Liouville operators with frozen argument. Journal of Mathematical Analysis and Applications, 2019, vol. 472, iss. 1, pp. 1028–1041. https://doi.org/10.1016/j.jmaa.2018.11.062
  16. Buterin S. A., Vasiliev S. V. On recovering a Sturm–Liouville-type operator with the frozen argument rationally proportioned to the interval length. Journal of Inverse and Ill-posed Problems, 2019, vol. 27, iss. 3, pp. 429–438. https://doi.org/10.1515/jiip-2018-0047
  17. Buterin S., Kuznetsova M. On the inverse problem for Sturm–Liouville-type operators with frozen argument: Rational case. Computational and Applied Mathematics, 2020, vol. 39, art. 5. https://doi.org/10.1007/s40314-019-0972-8
  18. Wang Y.-P, Zhang M., Zhao W., Wei X. Reconstruction for Sturm–Liouville operators with frozen argument for irrational cases. Applied Mathematics Letters, 2021, vol. 111, art. 106590. https://doi.org/10.1016/j.aml.2020.106590
  19. Buterin S., Hu Y.-T. Inverse spectral problems for Hill-type operators with frozen argument. Analysis and Mathematical Physics, 2021, vol. 11, art. 75. https://doi.org/10.1007/s13324-021-00500-9
  20. Tsai T.-M., Liu H.-F., Buterin S., Chen L.-H, Shieh C.-T. Sturm–Liouville-type operators with frozen argument and Chebyshev polynomials. Mathematical Methods in the Applied Sciences, 2022, vol. 45, iss. 16, pp. 9635–9652. https://doi.org/10.1002/mma.8327
  21. Kuznetsova M. А. Inverse problem for the Sturm–Liouville operator with a frozen argument on the time scale. Itogi Nauki i Tekhniki. Sovremennaya Matematika i ee Prilozheniya. Tematicheskie Obzory [Progress in Science and Technology. Contemporary Mathematics and Its Applications. Thematic Surveys], 2022, vol. 208, pp. 49–62 (in Russian). https://doi.org/10.36535/0233-6723-2022-208-49-62, EDN: JVRUQD
  22. Kuznetsova M. Necessary and sufficient conditions for the spectra of the Sturm–Liouville operators with frozen argument. Applied Mathematics Letters, 2022, vol. 131, art. 108035. https://doi.org/10.1016/j.aml.2022.108035
  23. Dobosevych O., Hryniv R. Reconstruction of differential operators with frozen argument. Axioms, 2022, vol. 11, iss. 1, art. 24. https://doi.org/10.3390/axioms11010024
  24. Bondarenko N. P. Finite-difference approximation of the inverse Sturm–Liouville problem with frozen argument. Applied Mathematics and Computation, 2022, vol. 413, art. 126653. https://doi.org/10.1016/j.amc.2021.126653
  25. Kuznetsova M. Uniform stability of recovering the Sturm–Liouville operators with frozen argument. Results in Mathematics, 2023, vol. 78, iss. 5, pp. 169. https://doi.org/10.1007/s00025-023-01945-z
  26. Kraal A. M. The development of general differential and general differential-boundary systems. The Rocky Mountain Journal of Mathematics, 1975, vol. 5, iss. 4, pp. 493–542. https://doi.org/10.1216/RMJ-1975-5-4-493
  27. Lomov I. S. Loaded differential operators: Convergence of spectral expansions. Differential Equations, 2014, vol. 50, pp. 1070–1079. https://doi.org/10.1134/S0012266114080060
  28. Lomov I. S. Spectral method of V. A. Ilyin. Non-self-adjoint operators. I. The operator of the second order. Basis and uniform convergence of spectral decompositions. Moscow, MAKS Press, 2019. 132 p. (in Russian). EDN: AVUERZ
  29. Feller W. The parabolic differential equations and the associated semi-groups of transformations. Annals of Mathematics, 1952, vol. 55, iss. 3, pp. 468–519. https://doi.org/10.2307/1969644
  30. Feller W. Diffusion processes in one dimension. Transactions of the American Mathematical Society, 1954, vol. 77, pp. 1–31. https://doi.org/10.1090/S0002-9947-1954-0063607-6
  31. Gordeziani N. On some non-local problems of the theory of elasticity. Bulletin of TICMI, 2000, vol. 4, pp. 43–46. Available at: https://emis.univie.ac.at//journals/TICMI/vol4/natogtic.ps (accessed April 28, 2023).
  32. Szymanska-Debowska K. On the existence of solutions for nonlocal boundary value problems. Georgian Mathematical Journal, 2015, vol. 22, iss. 2, pp. 273–279. https://doi.org/10.1515/gmj-2015-0005
  33. Polyakov D. M. Nonlocal perturbation of a periodic problem for a second-order differential operator. Ordinary Differential Equations, 2021, vol. 57, iss. 1, pp. 11–18. https://doi.org/10.1134/S001226612101002X
  34. Shkalikov A. A. The completeness of eigenfunctions and associated functions of an ordinary differential operator with irregular-separated boundary conditions. Functional Analysis and Its Applications, 1976, vol. 10, iss. 4, pp. 305–316. https://doi.org/10.1007/BF01076030
  35. Naimark M. A. Linear differential operators. Moscow, Fizmatlit, 2010. 528 p. (in Russian). EDN: RYRSSP

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».