1. 引言
本文研究的是一类二阶半线性中立型时滞微分方程
,
(1)
的振动性,其中
,并且满足以下条件:
,
;时滞函数
,
,任意
,都有
,
,
,
;
,记
,并且满足
;
,
,
,
;
。
若方程(1)的解既不最终为正,也不是最终为负,则它为振动的;否则称它为非振动的。若方程(1)所有的解都是振动的,则称方程(1)是振动的。对二阶半线性中立型微分方程振动性建立了一系列准则并给出证明方法 [1] - [11],但研究所得结果还不够完善,本文对文献 [1] 的振动准则进行研究,进一步改进其结果,得到一个新的振动准则。为了能更好地研究这方面的知识,需要引入以下定理。
引理1.1 [1] 设
是两个奇数商,如果
(2)
成立,则方程
是振动的。
引理1.2 [11] 设
,若存在函数
满足
(3)
且
(4)
其中
,
, (5)
,
,
(6)
则方程
振动。
受文献 [1] 和 [11] 启发,建立新的准则,主要对条件改进得到相对完善的结果,使得只要文献 [1] 中的
且
可取偶数而不仅仅限于
的两个奇数商。
2. 主要结果
定理2.1:设(1)~(5)都成立,若存在函数
,满足
(7)
且
(8)
其中
,
, (9)
, (10)
则方程(1)是振动的。
证明:设方程有一个非振动解
,不妨设当
时,使得
,
,
成立。
由方程(1)可得
(11)
在
上,
是非増函数,
是定号的,那么分
,
两种情况展开讨论:
(I) 假设
,
,
因为
,所以
,即有
(12)
将(12)代入(1)得,
(13)
考虑广义Riccati变换,得到
,
(14)
对(14)式中分子,分母同时乘上
,再对t进行求导,结合(13)得
(15)
由经典不等式
,上式变成
(16)
对(16)式在
上积分,即有
(17)
即
(18)
显然式(18)与条件(7)矛盾。
(II)
,
,由于
(19)
则
所以
(20)
即有
(21)
由方程(1)和不等式(21)得
(22)
考虑到
的单调性,则有
,
(23)
由式(19)可得
(24)
又结合式(22)和式(24)可得
(25)
对式(25)从
到t积分
(26)
对上式从
到t积分得
(27)
即
(28)
显然式(28)与条件(8)矛盾。所以假设不成立,即方程(1)是振动的。
3. 二阶中立型时滞微分方程的振动准则的应用
例:考虑方程:
(29)
的解振动性
证明:取
,
,
,
,
,
,
,
显然
,
, (30)
则有
(31)
(32)
显然当
时,方程(29)条件(7)和(8)成立,故方程(29)是振动的。
注:本例子是建立在文献 [1] 中方程的基础上,主要是针对于
是偶数情况下,文献 [1] 的定理准则不能判断方程(29)的振动性。本例子检验了
时,仍可判断方程(29)是振动的,体现了本准则的优越性。
基金项目
教育部产学合作协同育人项目(No. 201901104007),茂名市科技计划(No. 2022056)。
NOTES
*通讯作者。