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定理已证明

皮卡–林德勒夫定理

命题陈述

设 f(t,y)f(t,y) 在包含 (t0,y0)(t_0,y_0) 的区域上连续,且关于 yy 满足利普希茨条件。那么初值问题 y′=f(t,y)y' = f(t,y), y(t0)=y0y(t_0) = y_0 在 t0t_0 附近的某个区间上有唯一解。

为什么成立?

如果微分方程右端项随 yy 变化时不会过于剧烈(即满足利普希茨条件),那么该方程就像一条适定的规则:从一点出发,至少在短时间内只会展开出唯一一条轨迹。两条轨迹永远不会相交,因为相交就意味着同一个现在会通向两个不同的未来。

证明思路

把初值问题改写为积分方程 y(t)=y0+∫t0tf(s,y(s)) dsy(t) = y_0 + \int_{t_0}^{t} f(s,y(s))\,ds,并定义皮卡迭代 yn+1(t)=y0+∫t0tf(s,yn(s)) dsy_{n+1}(t) = y_0 + \int_{t_0}^{t} f(s,y_n(s))\,ds。在足够小的区间上,利普希茨条件使该映射在配备上确界范数的连续函数空间中成为压缩映射,于是由巴拿赫不动点定理得到唯一的不动点,即为所求的解。

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分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. Earl A. Coddington, Norman Levinson (1955). Theory of Ordinary Differential Equations