線性泛函微分方程

線性泛函微分方程(linear functional differen-tial equation)是最重要的一類泛函微分方程，其中自治線性系統又是最基本的部分。線性系統理論涉及解的指數估計，通解的表示，常數變易公式，伴隨系統，解的穩定性，振動性，有界性以及周期與概周期解，擾動線性系統等。

基本介紹

• 中文名：線性泛函微分方程
• 外文名：linear functional differen-tial equation
• 領域：數學
• 學科：微分方程
• 性質：一類泛函微分方程
• 組成：自治線性系統

概念

線性泛函微分方程(linear functional differen-tial equation)是最重要的一類泛函微分方程，其中自治線性系統又是最基本的部分。設L(t，φ)為R×C→R的線性運算元，滯後型齊次和非齊次線性方程分別寫成：

若x_i(t，σ，φ_i)(i=1，2)是(1)過(σ，φ_i)的解，x*(t，σ，φ)是(2)過(σ，φ)的解，則對ᗄα，β∈R，

是(1)過(σ，αφ₁+βφ₂)的解，αx₁(t，σ，φ₁)+βx₂(t，σ，φ₂)+x*(t，σ，φ)是(2)過(σ，αφ₁+βφ₂+φ)的解。類似地疊加原理也成立。把(1)用有界變差陣表示為：

人們有如下解的整體存在定理：設(3)滿足：

1.f∈L_loc([σ，+∞)，R)，即f在[σ，+∞)的任何緊集上勒貝格可積；

2.R(t，θ)關於θ有界變差，二元可測；

3.∃m(t)∈L(R₊，R)，ᗄt∈R，ᗄφ∈C成立：

則方程(2)過(σ，φ)的解在[σ-r，+∞)存在且惟一。

由條件3可推出：

線性系統理論涉及解的指數估計，通解的表示，常數變易公式，伴隨系統，解的穩定性，振動性，有界性以及周期與概周期解，擾動線性系統等。

泛函微分方程

泛函微分方程是帶有各種滯後量的微分方程(微分差分方程)、各種具有複雜變元的微分方程、帶有滯後量的積分微分方程等一類方程的概括和抽象。

早在1750年歐拉所提出來的“求一曲線使之與其漸縮線相似”的問題就屬於最早的泛函微分方程問題，所求的曲線就滿足一個特殊的泛函微分方程。以後在各個學科中不斷地提出相類似的問題，因此對泛函微分方程的研究具有重要的實際意義。20世紀40年代以前，人們圍繞微分差分方程的解析解開展了許多工作。20世紀50年代以後，轉向穩定性理論的研究。原蘇聯數學家克拉索夫斯基和日本數學家加藤敏夫等在這方面都有重要貢獻。

微分方程

常微分方程與偏微分方程的總稱。含自變數、未知函式和它的微商(或偏導數)的方程被稱為微分方程。微分方程是數學的重要分支之一。它幾乎與微積分同時產生，並隨實際需要而發展。

微分方程的出現，可以追溯到16世紀與17世紀分野時期。在科學家創立對數的時候，第一次遇到本質上屬於微分方程的問題。納皮爾考慮了兩個相關的連續直線運動，他的工作實質上相當於建立了微分方程：

的近似積分法。與此同時，伽利略所研究的自由落體運動，光的折射定律的發現以及笛卡兒提出並解決的“切線的反問題”等都包含著某種形式的微分方程問題。

從牛頓和萊布尼茨創立微積分到18世紀末是微分方程發展的第一個階段。

牛頓和萊布尼茨在建立微分與積分運算時，指出了它們的互逆性，實際上是解決了最簡單的微分方程y = f′(x)的求解問題。圍繞某些質點動力學和剛體動力學的問題以及某些幾何問題的研究，用微積分的方法很快就可以化為一階或二階常微分方程中的一些最簡單的方程。

在18世紀前半葉，常微分方程不只是研究力學的基本工具，而且也是研究微分幾何學和變分法的基本工具。18世紀中葉，由於數學物理中的問題，首先是關於弦振動的問題，開始了偏微分方程的研究。而在18世紀後半葉這種方程被推廣到二維和三維的情形。在對位勢理論的研究中又出現了調和方程。

在整個18世紀，對於各種具體的微分方程，已取得一定的成就：建立了一些特殊的積分法，把解化為初等函式及其積分表達式的方法，以及用近似積分法來求解等。

到18世紀末期，微分方程理論已發展成為一門極重要的數學學科，並且成為研究自然科學的有效工具。可用初等積分法求解的常微分方程的基本類型已經研究清楚;建立了幾種系統的近似解法;引入了一系列基本概念，如微分方程的奇解、通解、全積分、通積分、特積分等;偏微分方程幾何理論的基礎已經奠定;二階偏微分方程的一些經典類型也已確立等。

在這一時期，微分方程與變分法及微分幾何的關係更加密切，並且套用到複變函數、三角級數、特殊函式與橢圓積分等許多領域。

到了19世紀，微分方程在數學分析的新概念和新方法的影響下進入了新的發展階段。

首先提出來的是解的存在性問題。柯西的工作改變了18世紀人們相信微分方程的通解必定存在的觀念。他提出了常微分方程中第一個定解問題(又稱之為初值問題)，後被稱為“柯西問題”，並給出該問題解的存在性與唯一性的證明。後來德國數學家李普希茨和法國數學家皮卡等改進了他的工作。

柯西還把存在性定理推廣到高階方程和一階偏微分方程組在複數域的初值問題，俄國數學家柯瓦列夫斯卡婭在這方面也有重要工作，因此這個存在性定理現在通稱為柯西—柯瓦列夫斯卡婭定理。

這些定理奠定了各種近似解法的基礎，在整個19世紀都研究這些解法。微分方程的奇解理論也在19世紀得到發展。

19世紀上半葉，人們逐漸發現能用初等積分法求解的微分方程十分有限。與代數學中提出的方程根式可解性問題相似，在微分方程中也提出了用初等積分法求解的可能性問題。法國數學家劉維爾證明里卡蒂方程一般不能通過初等積分法來求解的事實改變了人們以往的看法。

與此同時，二階偏微分方程理論得到進一步發展，並且與數學物理、彈性理論、複變函數論、三角級數和變分法密切相關。到19世紀前半葉已經取得了許多重要成果。特別是對熱傳導方程的研究所引出的函式用三角級數表示的問題對實變函式論和積分理論的發展都有重要意義。

在19世紀後半葉和20世紀初期，常微分方程理論中又出現了兩個新的方向。一是常微分方程變換群理論的產生，二是常微分方程定性理論的建立。19世紀70年代，挪威數學家S.李把變換群理論套用於常微分方程理論的研究，並用這種方法把微分方程進行分類，建立解常微分方程的方法。與此同時，由於對天體力學及天文學中某些問題的研究，需要考慮由微分方程所確定的函式在整體範圍內的性質，法國數學家龐加萊和俄國數學家李亞普諾夫建立了常微分方程定性理論。後來他們又研究了運動穩定性的一般問題。

20世紀以來，由於眾多的邊緣學科的產生和發展，微分方程的理論研究更加深入，套用範圍更加廣大。

在中國，1949年以來，微分方程的研究得到重視和發展。在全國各地都培養了一批優秀的微分方程工作者，在常微分方程和偏微分方程的許多研究方向上都做出了大量有水平的工作。