On the Cauchy problem for implicit differential equations of higher orders

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article is devoted to the study of implicit differential equations based on statements about covering mappings of products of metric spaces. First, we consider the system of equations
\begin{equation*}
\Phi_i(x_i,x_1,x_2,\ldots,x_n)=y_i, \ \ \ i=\overline{1,n},
\end{equation*}
where $\Phi_i: X_i \times X_1 \times \ldots \times X_n \to Y_i,$ $y_i \in Y_i,$ $X_i$ and $Y_i$ are metric spaces, $i=\overline{1,n}.$ It is assumed that the mapping $\Phi_i$
is covering in the first argument and Lipschitz in each of the other arguments starting from the second one. Conditions for the solvability of this system and estimates for the distance from an arbitrary given element $x_0 \in X$ to the set of solutions are obtained. Next, we obtain an assertion about the action of the Nemytskii operator in spaces of summable functions and establish the relationship between the covering properties of the Nemytskii operator and the covering of the function that generates it. The listed results are applied to the study of a system of implicit differential equations, for which a statement about the local solvability of the Cauchy problem with constraints on the derivative of a solution is proved. Such problems arise, in particular, in models of controlled systems. In the final part of the article, a differential equation of the $n$-th order not resolved with respect to the highest derivative is studied by similar methods. Conditions for the existence of a solution to the Cauchy problem are obtained.

About the authors

Aram V. Arutyunov

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Author for correspondence.
Email: arutyunov@cs.msu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7326-7492

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor

Russian Federation, 6 Miklouho-Maclay St., Moscow 117198, Russian Federation

Elena A. Pluzhnikova

Derzhavin Tambov State University

Email: pluznikova_elena@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2008-3275

Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor

Russian Federation, 33 Internatsionalnaya St., Tambov 392000, Russian Federation

References

  1. E.R. Avakov, A.V. Arutyunov, E.S. Zhukovskii, “Covering mappings and their applications to differential equations not solved with respect to the derivative”, Differential Equations, 45:5 (2009), 627–649.
  2. A.V. Arutyunov, E.S. Zhukovskii, S.E. Zhukovskii, “On the well-posedness of differential equations unsolved for the derivative”, Differential Equations, 47:11 (2011), 1541–1555.
  3. A.V. Arutyunov, E.S. Zhukovskiy, S.E. Zhukovskiy, “Covering mappings and well-posedness of nonlinear Volterra equations”, Nonlinear Analysis: Theory, Methods and Applications, 75:3 (2012), 1026–1044.
  4. W. Merchela, “On stability of solutions of integral equations in the class of measurable functions”, Russian Universities Reports. Mathematics, 26:133 (2021), 44–54 (In Russian).
  5. E.S. Zhukovskii, E.A. Pluzhnikova, “Covering Mappings in a Product of Metric Spaces and Boundary Value Problems for Differential Equations Unsolved for the Derivative”, Differential Equations, 49:4 (2013), 420–436.
  6. E.S. Zhukovskii, E.A. Pluzhnikova, “A theorem on operator covering in the product of metric spaces”, Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 16:1 (2011), 70–72 (In Russian).
  7. E.S. Zhukovskiy, “On Coincidence Points of Multivalued Vector Mappings of Metric Spaces”, Mathematical Notes, 100:3 (2016), 21–37.
  8. E.S. Zhukovskiy, “On Coincidence Points for Vector Mappings”, Russian Mathematics, 60:10 (2016), 10–22.
  9. T.V. Zhukovskaia, E.S. Zhukovskiy, “On iterative methods for solving equations with covering mappings”, Numerical Analysis and Applications, 9:4 (2016), 277–287.
  10. E.S. Zhukovskii, E.A. Pluzhnikova, “On controlling objects whose motion is defined by implicit nonlinear differential equations”, Automation and Remote Control, 76:1 (2015), 24–43.
  11. A.V. Arutyunov, E.S. Zhukovskiy, S.E. Zhukovskiy, “On the cardinality of the set of coincidence points of mappings in metric, normed and partially ordered spaces”, Sbornik: Mathematics, 209:8 (2018), 1107–1130.
  12. A.V. Arutyunov, “Nakryvayushchie otobrazheniya v metricheskikh prostranstvakh i nepodvizhnye tochki [Covering mappings in metric spaces and fixed points]”, Doklady Akademii nauk — Proceedings of the Russian Academy of Sciences, 416:2 (2007), 151–155 (In Russian).
  13. A.V. Arutyunov, “Coincidence Points of Two Maps”, Functional Analysis and Its Applications, 48:1 (2014), 72–75.
  14. B.S. Mordukhovich, B. Wang, “Restrictive metric regularity and generalized differential calculus in Banach spaces”, Mathematics and Mathematical Sciences, 2004, №50, 2650–2683.
  15. A.D. Ioffe, “Metric regularity and subdifferential calculus”, Russian Mathematical Surveys, 55:3 (2000), 501–558.
  16. M.A. Krasnosel’skij, P.P. Zabrejko, E.I. Pustyl’nik, P.E. Sobolevskij, Integral’nye operatory v prostranstvah summiruemyh funkcij, Nauka, Moscow, 1966 (In Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».