Об алгебраических интегралах дифференциального уравнения
- Авторы: Малых М.Д.1, Севастьянов Л.А.1, Ин Ю.1
-
Учреждения:
- Российский университет дружбы народов
- Выпуск: Том 27, № 2 (2019)
- Страницы: 105-123
- Раздел: Численное и имитационное моделирование
- URL: https://journals.rudn.ru/miph/article/view/22202
- DOI: https://doi.org/10.22363/2658-4670-2019-27-2-105-123
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 FederationЛеонид 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 FederationЮй 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, ChinaСписок литературы
- R. Descartes, Œuvres, Vol. 2, Léopold Cerf, Paris, 1898.
- H. Poincaré, Œuvres, Vol. 3, Gautier, Paris, 1934.
- 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
- 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
- V. A. Dobrovol’skij, N. V. Lokot’, S. J.-M., Mikhail Nikolaevich Lagutinskii (1871-1915): un mathématicien méconnu, Historia Mathematica 25 (1998) 245-64.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- W. W. Golubew, Vorlesungen über Differentialgleichungen im Komplexen, Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, 1958.
- Fr. Severi, Lezioni di geometria algebrica, Angelo Graghi, Padova, 1908.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- The Sage Developers, SageMath, the Sage Mathematics Software System (Version 7.4) (2016). URL https://www.sagemath.org
- M. D. Malykh, Lagutinski.sage, ver. 1.5., RUDN University (2016). URL http://malykhmd.neocities.org
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- E. L. Ince, Ordinary differential equations, Courier Corporation, 1956.
- É. Goursat, Cours d’analyse mathématique, Vol. 2, Gauthier-Villars, Paris, 1925.
- R. Hartshorne, Algebraic geometry, Springer, 1977.