高校应用数学学报 2011,26(2):149—157 时间测度链上一类二阶动力方程的振动准则 杨甲山 , 方彬 (1.邵阳学院理学与信息科学系,湖南邵阳422004; 2.信阳师范学院数学与信息科学学院,河南信阳464000) 摘要:研究了时间测度链上的一类二阶非线性中立型时滞动力方程的振动性,利用 时间测度链上的理论和一些分析技巧,通过引入参数函数和Riccati变换,得到了该方 程振动的几个充分条件,推广和改进了现有文献中的有关结果,并给出了一些例子用 以说明文中的主要结论. 关键词:时间测度链;中立型时滞动力方程;非线性;振动性;Riccati变换 中图分类号:O175.7 文献标识码:A 文章编号:i000—4424(2011)02.0149—09 §1 引 言 对于连续系统微分方程及离散系统差分方程的振动理论和渐近理论的研究历史悠久,其实 际应用特别是在生物医药,自动控制理论,经济计算机等方面的应用也非常广泛.例如,中立型 时滞微分差分方程在高速计算机连接开关电路的无损耗传输网络以及弹性体上质点振动问题 中都有着其实际应用背景,所以直到现在这个领域的研究还非常活跃[1-3].为了统一连续分析 和离散分析理论,德国学者StefanHilger[ 】于1990年在他的博士论文中首次提出了时间测度链上 的分析理论.该文发表以后,引起了学术界的广泛兴趣和高度关注[5-13].如Bohner和Peterson[5] 1Agarwal,BohnerSHO’Regan[6】研究了时间测度链上的几类典型的动力方程的振动性问题, Sahiner[7]研究了时间测度链上二阶非线性时滞动力方程X△△(t)+p(£).,( (7-( )))=O的振动性问 题.而关于下面的一类非常广泛的时间测度链上二阶超线性中立型变时滞动力方程 m {r(t)[(A(t) (t)+B(t)x(t一 ))△】 )△+>:pi(t)f ̄( ( ( )))=o(t∈T) (1) i=1 的振动性,尚未见到任何类似的公开结果. 由于讨论的是方程解的振动性,所以本文假设时间测度链T是无界的,即它是时间测度 链上的一个无穷区间[a,+∞)=f ∈T:t a,a∈T}.方程(1)的一个解,是指定义在T的 区间fa,+∞)上的一个实值函数 (t)满足方程(1).方程(1)的一个非零解 (t)称为是振动的,如 果x(t)既不最终为正,也不最终为负.否则,称为非振动的.方程(1)称为是振动的,如果它的所有 收稿日期:2010—06—08 修回日期:2011—02—20 基金项目:湖南省教育厅科研基金重点项目(09A082) 150 高校应用数学学报 第26卷第2期 非零解都是振动的.有关时间测度链上的分析理论和时问测度链上动力方程的基本理论可参考 文献_51.为了方便,全文总假设: (HI):r( ), ( ),口( )和Pi( )( =l,2,…,m,下同,略)均是定义在时间测度链区间fa,+∞)C T上的实数值rd连续函数且r( )>0,A(t)>0,Pt(£)>0; (H2): (£)是定义在T ̄I]T上的滞量函数,且 (t) t,lim (t)=+。。; (H3): ∈C(R,n)R存在正常数L,使得 L(x≠0); (H4): >0为常数; 是两个正奇数的商 且 >1. 注意到当T=R时,有XA( )=Xt(t),这是通常的导数.式(1)就变成微分方程 m {r( )[( ( )z( )+B(t)x(t一 )) ] ) + :pi(t)fi(x(Ti(t))):o(t∈R), i=1 (2) 当T=Z时,有XA(£)= ( +1)一 (£),这是通常的向前差分,式(1)就变成差分方程 m △{r( )【△(A(£) ( )+B(t)x(t一 ))]A)+ : (£)^( ( (£)))=o(t∈z). =1 (3) 本文的目的是研究方程(1)的振动性,得到了该方程振动的几个充分条件,统一了微分方 程(2)和差分方程(3)振动的有关结论,而且推广并改进了现有文献中的某些结果. §2几个基本引理 ( )= (£) (t), (£)=r( )( )= ( )+ ( 一 ), 则方程(1)可改写成如下等价形式: + {[ (t)+ B 一(t) X(t-/3)]△1} =r( ) △(t)] , i =1 嘶( )_0( ). (E)(4) 引理2.1(Keller连锁法则)[ ]若,:R—R是连续可微的,g:T—R是△可导的, 则_厂。g:T—R是△可导的,且(,。9)△( )=l , (9(t)+^ ( )9△( ))d I gA(£). 由弓I理2.1可得,当 ( )是△可导时,则有下式成立: [( (t)) ]A--/k/0 [ +(1一 ) 】 一1 △(£)d^. 引理2.2[7】 设下面的条件成立: (i)It∈c (I,R),其中I:【t ,+。。],t >o; (ii) ( )>0,UA(t)>0, △△(t) 0,t t , 则对每一个 ∈(0,1),存在一个常数 ∈T,t >t ,有 r“(删 l l t( (5) 、 引理2・3 设r㈤在时间测度链区间[r上,+。。)士是△可导的,0 B( ) A(t~ ),且 女扯 ㈤ 杨甲山等:时间测度链上一类二阶动力方程的振动准则 151 若 (£)是方程(1)的一个最终正解,则存在tl a,使得当£ tl时有 (t)>0,yA( )>0,z(t)=r(t) △(t)] >0, △(£)<0, (7) 且l1一 鲁 l ( ) ( ) ( ). 证 因为 (£)是方程(1)的一个最终正解,所以存在to a,当 to时,有 (t)>0,x(t一 )> 0, ( (t))>0.从而x(t)>0,x(t一 )>0, ( ( ))>0,Jty(t)>0.由方程(E)得 一 i =1 ( ) 一 tm) “LA(Tdt)、)、 J <叭 ,(8)r(t1)( △(£】)) =c<o(t t1),于是,yA( ) c去f 】去,由(6)式, rt r 1]去 因此, (t)=r( )[ △( )P是最终单调递减函数,下面证明:r( ) △( ) 最终为正.事实上,递减 函数r(t) △(£)] 或者最终为正,或者最终为负.假设存在tl to,使得r(t1)『yA( 1)1 =c< 0,由(8)式,得r(t)( △(£)) 得: 这与 (t)>o(t to)矛盾,所以r( )( △( )) 最终为正,从而 △( )最终为正,进而z(£)>0.因此, ( )最终单调递增,从而最终有 ( )2 ( ( ))>0. 此外,由 (t) (t),得 ( ) ( 1)+ 【高J△ ._+一。。( -_÷+。。), 刖 ), 所以l1一 I (t) (t) (t).引理证毕. §3主要结果和证明 定理3.1设(6)式成立,且r△(t) 0,0 B( ) A(t一 ),若 s [ 一 ] [ r△s… 则方程(1)在a,+。。)上是振动的. 证不失一般性,设方程(1)在[n,+∞)上有一个最终正解 ( ),所以存在tl a,由弓 理2.3知(7)式成立,并且存在常数 >0,有 (t) .由函数乘积的求导公式得: (r(芒)( △(亡)) )△:rA(亡)( △(亡))A+r( (亡))(( △( )) )△, 由(4)式,得( ( )) )△ 入 [ +(1一 ) P一 Y△(t)dh= (t)) 一 Y△( ),所以 (( △(t))A)△ ( △(t)) 一 Y△△(t). (10) 由(7),(10)式和r△( ) 0,得 △△(t)最终为负:yAA(£)<0.由(8)式,得 s 152 高校应用数学学报 第26卷第2期 注意到 ( ) [1一 ] (£),进而有 z( ) ( )一L∑p (s) “ / s)卜 i=1 Jti L 由于r△(£) 0-由引理2.2,存在 2 t1 。,当 2时,一 川 L T/nL 【s J Jl ,…. △s), yO- ̄(4)s))1J、 f11) 有5 (t) ( (t)).结合(11)式,得: (詈)A s)[ 一 AO- ̄(4 -a)] [ 1.所以 (詈) s [ 一 取£一十。。的极限,则与(9)式矛盾!定理证毕. …] [ r△s , ,定理3.2设(6)式成立,且 △( ) 0,0 B( ) A(t一 )若 liar ㈤+pi(s)[ 一端T A㈤ Z] [ r△s : ,, 则方程(1)在[0,+。。)上是振动的. 证不失一般性,设方程(1)在[n,+。。上有一个最终正解 (£)所以存在t1 n,当t tl时, 由引理2.3,得(7)式成立,由f8)式,得 m s r△sj p (s)L  ̄r f 、、 As<z(£)一z( ) J 令 一+。。,则有 A (£): (£)( △( )) , /佃 s r△s. 又由于_厂△( ) 0,由定理3.1的证明知, △△(£)最终为负因此 △( )最终单调递减,所以 ,当 t1时,有 )= )+ s)As>y )+yA㈤(t 时,有 一£1 £,令 2= ) ) △( ), 。。 < , 是当 t2,注意到(13)式,我们有 、、 ,则由上式得 ( ) ㈤ 矿 ㈤ s)[ r△s 杨甲山等:时间测度链上一类二阶动力方程的振动准则 153 由引理2.2知 ( ) 南 ( ( 即 ㈤, [ 一 卟一 , 从而 )( )) >Lk2 ̄tx (s )[【 卜 一 ]jlA[ j( s Lk。 。 A( ( )) ∑/ p悃 i(s s)[l 1一- ]l [ l r△l△s 因此 r,t, i=1厂t佃 引卜 ]A[ 去, 这与(12)式矛盾!定理证毕. 例1考虑时间测度链[3j+。。)c 上的二阶变时滞动力方程 {r( )ff f£) f )+B( ) f 一2))△] ,△+p(t1,( (7_f ))):0, f14) 显然这是方程(1)的特殊情形: =2, =5,m=1. (j)若取 厂( )=t,7_( )= ,A(t)=2t+6,B(t)=t+1,p( )=(t+6) t (一1 <+。o为实 常数),f(x)= 。,则方程(14)显然满足定理3.1的条件,由定理3.1知此时方程(14)是振动的. (ii)若取r(t)=t,7-(t)= , (t)= +2,B( )=7_( ),p(t)= ,,( )= ,则方程(14)满 足定理3.2的条件,这是因为 im+I-oo 量i=l 佃 ] [ r△s) 1 li= m{ 去△s 1 佃南△s) 丢 t + △s =石1 +。。( )△△s =+∞ 所以由定理3.2知此时方程(14)是振动的. 注l文献Is]中的定理4.4是本文定理3.2当m=l, =1,r(t)=1,A(t)=1,s(t)=o时的特 殊情况.而且文献[7,9—10】的结果对方程(1)当m=1, =1,r(t)=1,A(t)=1,B(t)=0时的特 殊情况也均不适用,从而也就不能判定例1中的方程(14)是否振动. 定理3.3设(6)式成立,且r△(£) 0,0 B( ) A(t一 ),记 Do={( ,8)rt>s a,t,s∈ ),D={( ,s)lt s a,t,s∈ ), 154 高校应用数学学报 第26卷第2期 如果仔任凼数 (t,s)E乙 d【D,RJ, (sJ E C ( R J,便得 (i)H(t,t)=0,t n;H( ,8)>0,(t,s)E Do; (ii)H(t,s)在D0上有连续且非正的偏导数,即日 (t,s)E d且日 (t,s) 0,并且有 im su—p …1 f s s 23一 一1rfs)(p(s) }△s= 一 。 ’ A8A ]A[ ] (15), 这里常数b>0, s)+即js) 则方程(1)在[。,+。。)上是振动的. 一h(t,s) 两. 证不失一般性,设方程(1)在[0,+∞)上有一个最终正解 (t),所以存在 1 a,当t tl时, (£)>0, (死(£))>0,且(7)式成立.由定理3.1的证明知 △△(£)<0,于是由引理2.2和引理2.3, 对常数 ∈(0,1),存在 2 max{tk,tl},使得 ) 定义广义 ̄JRiccati变换 ㈤) ). (16) ㈤ 则 (t) 0(t 2),并有 ): ))+ ) ( 。), . 由(8)式,并注意到 (t) [1一 ] ( ),则有 ≤ i =1卜 [ 一 ] [ ]A .’ . 、 , 一 r2 ( (t)) ( ( )) ( (t)) ( ( ( ))) ( ( ( ))) 州yA yA 由(7)式及定理3.1的证明知, (t)>0,yA( )>0,yAA(t)<0,所以 ( ( )) 且对固定的 3 2t2,当 t3时,有 (£), △(£) △( (£)), )= )+. s)△ s)△s ) ㈤. (18) 杨甲山等:时间测度链上一类二阶动力方程的振动准则 155 啪 m [ 一 ] [ ] 川 r ( (t)) ( (£))(yA ) () 叫 叫 m [ 一 着 ]A A r2 ( (t)) ( (£))[1 yZ ̄(t )r叫J 川 ㈤[ 啪 一 r2 (盯(t)) ( ( ))(\ 州 .2/, 若记6= A ,由上式进一步有 唾 一 )+ 上式两边同乘日(t,s),并积分,得 6 s s ] ( 州 , ]A ^ 一 聃 ( 州s s (s))△s 也+ js)删 ) + 啪) 啪))△s一 聃) 即}s) 一 ( )A-1 W2( △s 叫( (s))△s—厂Jt3 =H(t,t3)叫@。)一Jt3 (t,s)阚/-=( ,s) 专u 车 o , u o,, ( ) ~ △s 日(t, s)叫(t。)一AH( ,s)r(s) (s)( ) 一 ×l + 156 高校应用数学学报 第26卷第2期 + As<H 叫 + △s 所以 曼i=1p小)[ 勰] [ r_掣 )△s H(t,t3) ̄(t3) H(t,n),“J(t3), 上式两边lJJ除以H(t,0)并取上檄限,得  ̄ im su1 fs s…—p 。)[ ] [ ] 23 AA 一sA l一 r(s )qt)(8 、J…)△s<+o…’。, 这与(15)式矛盾!定理证毕. 二 注2参数函数 (£,s)是一个非常广泛的函数,通过选择恰当的不同的参数函数日(£,s) 和 ( ),就能导出许多不同 关于方程(1)的振动准则. 例2若取日(t)s)={篆 ’(其中常数 >0)j并在方程(1)中取m=1一可 、●●、,●●, 一 , ( = 1,B(t):0,我们就有: 推论1设(6)式成立,KrA(t)>0,如果存在函数 (s)∈C (T,R+),使得 △ l lim supfa 一 ∞ (这里6>0为常数),则方程{r( ) △( )] )△+p(t)l厂( (7-( )))=0在 ,+o。)上是振动的. 注3推论1就是文[11]中的定理2.1.更进一步,若在推论中取 =1,r(t)=1, (s)=1,就 得到文[7]中的定理1. 显然,本文给出了方程(1)振动的几个充分条件,统一了时滞微分方程(2)和时滞差分方 程(3)振动的有关结论,推广且改进了现有文献中的结果. 参考文献: 【1】 高承华,罗华.一类二阶差分方程泛函边值问题的多解性[J].高校应用数学学报,2009,24(1): 75—85. 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Oscillation criteria of a class of second—order dynamic equations on time scales YANG Jia-shan .FANG Bin。 (1.Department of Science and Information,Shaoyang University,Shaoyang 422004j China; 2.College of Math.and Information Science,Xinyang Normal University,Xinyang 464000,China) Abstract:The oscillation for a class of second—order nonlinear neutral delay dynamic equations on time scales is discussed.Using the time scales theory and some necessary analytic techniques,and by introducing parameter function and the generalized Riccati transformation,some suficient condiftions or the oscilflation of the equations are obtained.Some existing results in the literature are improved and extended.Some examples are given to illustrate the main results of the paper. Keywords:time scales;neutral delay dynamic equations;nonlinear;oscillation;Riccati trans— ormatifon MR Subject Classiifcation:39A10