Об алгебраических интегралах дифференциального уравнения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье рассматривается проблема интегрирования дифференциального уравнения в алгебраические функции, которая возникла вместе с интегральным исчислением, но все еще не полностью решена в конечной форме. Трудности, с которыми сталкиваются современные системы компьютерной алгебры при ее решении, рассматриваются на примере Maple. Представлено решение по методу определителей Лагутинского и его реализация в виде пакета Sagemath. Приведены необходимые условия существования интеграла сжимающего дифференцирования. Вывод кольца будет называться сжимающим, если существует такой базис B= {m1, m2, … }, в котором Dmi= cimi+o (mi). Докажем, что сжимающий дифференциал кольца полиномов допускает общий интеграл только в том случае, если среди индексов c1, c2, … равны. Эта теорема удобна для применения к задаче нахождения алгебраического интеграла уравнения Брио-Буке и дифференциальных уравнений с символическими параметрами. Получен ряд необходимых критериев существования интеграла, в том числе для дифференциальных уравнений Брио и Буке. Новые необходимые условия существования рационального интеграла относительно неподвижной особой точки даны и реализованы в Sage.

Об авторах

Михаил Дмитриевич Малых

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: malykh-md@rudn.ru

Candidate of Physical and Mathematical Sciences, assistant professor of Department of Applied Probability and Informatics

6, Miklukho-Maklaya St., Moscow, 117198, Russian Federation

Леонид Антонович Севастьянов

Российский университет дружбы народов

Email: sevastianov-la@rudn.ru

professor, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, professor of Department of Applied Probability and Informatics

6, Miklukho-Maklaya St., Moscow, 117198, Russian Federation

Юй Ин

Российский университет дружбы народов

Email: yingy6165@gmail.com

postgraduate student of Department of Applied Probability and Informatics; assistant professor of Department of Algebra and Geometry

6, Miklukho-Maklaya St., Moscow, 117198, Russian Federation; 3, Kaiyuan Road, Kaili, 556011, China

Список литературы

  1. R. Descartes, Œuvres, Vol. 2, Léopold Cerf, Paris, 1898.
  2. H. Poincaré, Œuvres, Vol. 3, Gautier, Paris, 1934.
  3. M. N. Lagutinski, Applying polar operations to the integration of ordinary differential equations in finite form [Prilozhenie poljarnyh operacij k integrirovaniju obyknovennyh differencial’nyh uravnenij v konechnom vide], Soobshh. Har’kov. matem. obshh. Vtoraja serija 12 (1911) 111-243, in Russian. URL http://mi.mathnet.ru/khmo117
  4. M. N. Lagutinski, On some polynomials and their relationship to algebraic integration of ordinary differential algebraic equations [O nekotoryh polinomah i svjazi ih s algebraicheskim integrirovaniem obyknovennyh differencial’nyh algebraicheskih uravnenij], Soobshh. Har’kov. matem. obshh. Vtoraja serija 13 (1912) 200-224, in Russian. URL http://mi.mathnet.ru/khmo104
  5. V. A. Dobrovol’skij, N. V. Lokot’, S. J.-M., Mikhail Nikolaevich Lagutinskii (1871-1915): un mathématicien méconnu, Historia Mathematica 25 (1998) 245-64.
  6. A. J. Maciejewski, J.-M. Strelcyn, On the algebraic non-integrability of the Halphen system, Physics Letters A 201 (1995). doi: 10.1016/03759601(95)00285-B.
  7. Ngoc Thieu Vo, F. Winkler, Algebraic general solutions of first order algebraic ODEs, Vol. 9301, Springer, Cham, 2015, pp. 479-492. doi: 10.1007/978-3-319-24021-3_35.
  8. M. D. Malykh, On integration of the first order differential equations in finite terms, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 788, article number 012026 (2017). doi: 10.1088/1742-6596/788/1/012026.
  9. E. S. Cheb-Terrab, Computer algebra solving of first order ODEs, Computer physics communications 101 (1997) 254-268. doi: 10.1016/S00104655(97)00018-0.
  10. W. W. Golubew, Vorlesungen über Differentialgleichungen im Komplexen, Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, 1958.
  11. Fr. Severi, Lezioni di geometria algebrica, Angelo Graghi, Padova, 1908.
  12. A. Bostan, G. Chéze, T. Cluzeau, J.-A. Weil, Efficient Algorithms for Computing Rational First Integrals and Darboux Polynomials of Planar Polynomial Vector Fields, Mathematics of Computation 85 (2016) 1393-1425. doi: 10.1090/mcom/3007.
  13. C. Christopher, J. Llibre, J. Vitório Pereira, Multiplicity of invariant algebraic curves in polynomial vector fields, Pacific Journal of Mathematics 229 (1) (2007) 63-117. doi: 10.2140/pjm.2007.229.63.
  14. G. Chèze, Computation of Darboux polynomials and rational first integrals with bounded degree in polynomial time, Journal of Complexity 27 (2) (2011) 246-262. doi: 10.1016/j.jco.2010.10.004.
  15. M. D. Malykh, On the computation of the rational integrals of systems of ordinary differential equations by Lagutinski’s method [Ob otyskanii ratsional’nykh integralov sistem obyknovennykh differentsial’nykh uravneniy po metodu M.N. Lagutinskogo], Bulletin of NRNU MEPhI [Vestnik Natsional’nogo issledovatel’skogo yadernogo universiteta “MIFI”] 5 (24) (2016) 327-336, in Russian. doi: 10.1134/S2304487X16030068.
  16. The Sage Developers, SageMath, the Sage Mathematics Software System (Version 7.4) (2016). URL https://www.sagemath.org
  17. M. D. Malykh, Lagutinski.sage, ver. 1.5., RUDN University (2016). URL http://malykhmd.neocities.org
  18. M. D. Malykh, On M.N. Lagutinski method for integration of ordinary differential equations, in: International conference “Polynomial Computer Algebra’2016”, 2016, pp. 57-58. URL http://pca.pdmi.ras.ru/2016/pca2016book.pdf
  19. M. D. Malykh, On the integration of ordinary differential equations [Ob integrirovanii obyknovennyh differencial’nyh uravnenij], in: Computer algebra. Proceedings of the international conference, June 29 - July 2, 2016, Moscow, Russia, 2016, pp. 25-29, in Russian.
  20. M. D. Malykh, On the integration of first-order differential equations in finite form [Ob integrirovanii differencial’nyh uravnenij pervogo porjadka v konechnom vide], in: Fifth International Conference on Problems of Mathematical and Theoretical Physics and Mathematical Modelling. Moscow, April 5-7, 2016. Collection of reports, 2016, pp. 81-82, in Russian.
  21. M. D. Malykh, On application of M. N. Lagutinski method to integration of differential equations in symbolic form. Part 1 [O yavnom atribute M.N. Lagutinskogo k integrirovaniyu differentsial’nykh uravneniy 1-go poryadka. Chast’ 1. Otyskaniye algebraicheskikh integralov], RUDN Journal of Mathematics, Information Sciences and Physics 25 (2) (2017) 103-112, in Russian. doi: 10.22363/2312-9735-2017-25-2-103-112.
  22. M. D. Malykh, Yu Ying, The Method of finding algebraic integral for first-order differential equations [Metodika otyskaniya algebraicheskikh integralov differentsial’nykh uravneniy pervogo poryadka], RUDN Journal of Mathematics, Information Sciences and Physics 26 (3) (2018) 285-291, in Russian. doi: 10.22363/2312-9735-2018-26-3-285-291.
  23. E. L. Ince, Ordinary differential equations, Courier Corporation, 1956.
  24. É. Goursat, Cours d’analyse mathématique, Vol. 2, Gauthier-Villars, Paris, 1925.
  25. R. Hartshorne, Algebraic geometry, Springer, 1977.

© Малых М.Д., Севастьянов Л.А., Ин Ю., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах