Chương 1. Kiến thúc chuẩn bị 1.5 Phương trình tích phân kỳ dị trên chu tuyến Bằng cách sử dung công thức Plemelj, ta có thể giải được một số phương trình tích phân kỳ dị trên đường cong đơn, kín đơn giản. Giải phương trình tích phân kỳ dị t(t — 3)¿(®) 4 = Trt SỨ) T—Ý py ~ ns tel, (1.1) T trong đó T' là đường cong kín đơn sao cho z = 3 thuộc miền ngoài I và z = 0 thuộc miền trong ' (Hình 1. Dat œ) (z) = LỆ m zớT.
T Sử dụng công thức Plemelj: ® '0—® ()=w(), tel, - 1 60+6-0)= far, @*(t)+® (t) =— (#7) dr, tel te T Thay vào phương trình (1. Kiến thúc chuẩn bị Suy ra (t — 3)®*() — 36 (t) = wa tel. Ll il Nhân ca hai vê phương trình trên với —. rồi sau đó lấy tích phân theo 27¿ t—z €T, thu được 1 1 [tÐ$ 9» 1 [eae u l7}: C\T.3) 27i t—z wi} t—z Awis t—z T là T Đặt ñ) =m= 201 |" 1 £—3)®*(t ) t-—z tự hi = sa; 271 | Oat, t—øz 1 3® ( T lạ 1 1 3É) mi t—z ` ](z) = T On ter Xét các trường hợp: i) z € D*, sử dụng công thức tích phân Cauchy (1.
Thay các kết quả trên vào (1.3) ta được 1 — 3)®(z) (2-3)8(2) == ———~ oy, z€Ph Dt do dé 1 © — — D* O= sea * (1.4) ii) z € D-, sử dung công thức tích phan Cauchy tìm được 1 I, 1 = 0, » lp42 = 3®(z), (z), 31a = —. 6z Do vậy 1 (z) ian’? ®(z)=—— Z S dD. Sử dụng công thức Plemelj ta tìm được nghiệm của phương trình (1.1) T với [ là hợp hữu hạn các đường cong mở và c(t), f(t),y(t) là các ham Holder liên tục trên E. Đặt Sử dụng công thức Plemelj (1.6), phương trình (2.1) trở thành c(t)[®* (0) — ®(Đ] + mi[O*(t) + ®(Đ] = f(t), tel.
Do đó toy =i ®')= c(i) bai ứ) c(t) + ¿` tel, (2.3) với điều kiện c(t) 4 —7i. Phương trình (2.4) trong đó G(), g(t) là các hàm Hölder liên tục trên LP. Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở Bài toán giải phương trình tích phân ky di (2.1) được đưa về tìm hàm ®(z) giải tích trên C\T và thỏa mãn phương trình (2.1 Bài toán Riemann - Hilbert Phương pháp Riemann - Hilbert là phương pháp tìm hàm ®(z) giải tích trên C\P (T là hợp hữu hạn các đường cong đơn, trơn không giao nhau, định hướng dương), với dáng điệu cho trước tại z = oo, thỏa mãn một trong hai điều kiện 1) Điều kiện biên thuần nhất 6t(t) = G(t).1) hoac ii)Diéu kiện biên không thuần nhất + (t) = G(t).2) O đó G(t), g(t) thỏa mãn điều kiện Holder trên T và G(t) # 0 với mọi t ET. a) Bài toán biên Riemann - Hilbert (RHP) thuần nhat(i).
Ký hiệu ®o(z) là nghiệm của (2. Lấy logarit hai về của phương trình trên va biến đổi, thu được In ®} (t) —In®) (t) =InG(t), t eT.3) Tw công thức Plemelj (1.6), tìm được In do(z) = — 271 / moO) a. Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở Như vậy nghiệm của bài toán biên thuần nhất (i) là ®ạg(z) =e” với W(z) = 27¡ / 7 ứ) dt. Giả sử ®o(z) là nghiệm của bài toán biên thuần nhất (i), khi đó 5 Œ) G(t)=—, tel.
ma Thay kết quả trên vào (2.2) thu được 5 (t) &t(t) (t) = 5,0) 2° Ot t), (t)+g(t), te ter.5 Di) #0) 840) P19) T = , ter Hệ thức (2.5) có thể viết dưới dang d+ ®17„_ 0ữ) Fa (t) — lạ O- gap tel (2.6) Từ công thức Plemelj (1.6), ta tim được Bz) 1 [act t+ Ele), Do(z) 2mi J ® (==) ha .7) " trong đó #(z) là một hàm nguyên.7) cho ta công thức nghiệm của bài toán RHP (ii). Giải phương trình (2.1) trong trường hợp c(t) = p (ø là hằng số thực) và T là khoảng mở (0, 1): 1 py(t) +f Tt #ữ) dr = f(t), t€ (0,1) (2.8) 0 với f(t) bị chặn trong lân can t = 0, kỳ di yếu tai ¢ = 1 và giả thiết rằng hàm y(t) cũng bi chặn trong lân cận t = 0, ky di yếu tại t = 1 14 Chương 2. Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở Giải. Giả sử y(t) là nghiệm của phương trình trên.9) 0 Sử dụng các công thức Plemelj ® *()—® (t) = H(t) + () ==“ft PO ar, +e (0,1).
t€(0,1), + — 1 p(t 0 Thay các công thức trên vào (2. Biến đổi hệ thức trên ta thu được pattie.11) 0+ Tỉ Phương trình (2.10) trở thành oi) ® ứ) — — ƒ0) t € (0,1).12) oF Blt) (p+a)Đạ() Sử dung kết qua của bai toán RHP (ii) tim được (2) = O(2)[—— lee 38+ BC), ở đó E(z) là hàm nguyên. Qa — Ti 1 Chọn ®ạ(z) = ( *) , trong đó a thỏa man Z 0 „ — c-?mia (0<a< 3ì: Z — p+ Khi đó p = 7. Bằng cách hạn chế ham arg trên (0, 27], ta có 05 (0) = ( yen, 0) (0) = (TC ) etre x€ (0,1).
Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở Ngoài ra, lim ®o(z) = 1 và lim ®(z) = 0. ZOO ZOO Do vay, kết hop với (2.14) Sử dung công thức Plemelj cho (2.14) cùng với kết qua (2.13), ta tìm được p(x) =®'(z)T— ® (x) Cụ thể nghiệm của phương trình (2. 0 1 Chú ý Trong trường hợp ø = 0 (khi đó a = 3) phương trình (2. ‡— Với phương pháp trên, ta tìm được nghiệm của phương trình trên là 1 z)=—¬3( - 09w 0<z<1.2 Phuong trinh tich phan Abel Phương trình tích phân Abel là phương trình có dang 8 a(z) | eae + oa) | a = f(x), x €(a,8), (2.
Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở trong đó 0 < u < 1. Có khá nhiều nhà toán học đã tiến hành các phương pháp khác nhau để giải (2. Sau đây, chúng ta tiến hành giải phương trình (2.1) bằng phương pháp Riemann - Hilbert. Dua phương trình về bài toán RHP tương ứng: Giả sử y(t) là nghiệm của phương trình trên.3) O đó toán tử 4, A> được xác định a e 8 , e ) ) = f e x (ho ) = [ P O a t , ( A Qa x Tương tự như trên, tinh được B(x) =e (Aie)(#) + (Arle) z€ [a, 5} (2.
Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở Thay các kết quả (2.1) và biến đổi thu được (alr) — e-(ø))®*(ø) — (a(x) — €TM0(2)) (x) = 3isin nuƒ(e), z € [a, Hệ thức trên được đưa về bài toán RHP ® *(z)+G(z)® (xr) = g(x), + € [o,đ], (2. cos mì g(r) = a(x)AE — e~*TM#B(x) sa), Dé giải phương trình (2.7), cần chú ý rang Bước 2. Giải bài toán RHP (2.7): Xét bài toán RHP thuần nhất tương ứng của (2.8) Bài toán trên có nghiệm tổng quát là ®(z) = e%°TM, trong đó Vo(z) được xác định từ phương trình Wy(x) — Vo (x) = Ga(z) VỚI eGo”) — —G(#).6b) ta thu được [_ Ø0 m() Ww )= = | eat dt (2. a với py xác định từ dang thức _ Wj(z)— Wa(z) _ Go(z) (Aipo)(@) A = 27 sin TL = 27 sin TL.
Suy ra nu) 2isin mp 1 Go) 2/sinm 7 mãi (z—£)!—", 1 _ 1 sina d f* Go(t) = ———(A7'G = dt 18 Chương 2. Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở =—— 1 d / [* Go(t 0) dt, Qnidxz J, (x — t)!—T" VỚI x “1 _ Sin7, d Go(t) (A16))= A [ at Tiếp theo chúng ta sẽ tìm nghiệm của bài toán RHP (2. Vì ®o(x) là nghiệm của (2. Thay vào phương trình (2.7) và biến đổi, thu được ®(ø) ®(z) ? = g(z) x € [œ, đ], (2.10) trong đó D5 (x) = exp|Wq (2)], với UF (x) tim được như (2.
Bằng cách sử dụng công thức (2.6b) chúng ta tìm được nghiệm của bài toán RHP (2.10) là 8 (2) =ÍJ MO iy, (2.11) trong đó «= ral Í ame") a Dat p(t) = mm , với giả sử đạo hàm p’(t) tồn tại với mọi t € [a, đ]. Khi đó, ta tìm được Me)— 20L( =— l —Pa) a)l~" ‘| PO), (2. Tìm nghiệm của phương trình (2.11), lập luận tương tự như ở (+) (Bước 1), tim được ®ˆ(z) = Bj (x)[e“'TM*(A1A)(x) + (A2d)(2)],2 € |œ, 0Ì. Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở Đặt ® *(z) —® (x) =h(x), «x € [a, 6), VỚI h(x) = (ey (x)—e "9i (x)) (A1A) (x) + (5 (z)—®g (2)) (And) (2), € Ía, 0Ì.
Bang cách sử dung công thức (2. sinzrm d LÍ: h@) ai), xr € |œ, 0] _ 2jsinru a “dx z—)1—" l drf A(t) = Qni dx [| (z—£)!—" | la, .1 3) Nếu dao ham #/(£) tồn tại với moi t € [a, 6], thì công thức trên tương đương với % p(x) —= 2il(œ : har) — t)i~" ‘| nt) (z—£)!—" ai), x € [œ, 8].14) a Vay nghiệm của phương trình (2.1) được cho bởi (2. Ta cũng có thể xây dựng công thức nghiệm của phương trình (2.1) bằng cách sử dụng toán tử Ay và bài toán RHP đồng nhất tương ứng: 0} (x) +e ?“G(z)® (x) = 0. Khi đó nghiệm của phương trình (2.1) là A Bow p(x) = ID can + Team x € [a,BI, (2.15) x Nếu dao hàm h’(t) tồn tại với moi t € [a, đ]., trong đó A(x) = [Bf (x) + Bp (2)](AiA)() + [ef (ø) — e8 (w)](A2d)(z), n ^ 20 Chương 2.
Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở va 8 ¬ N(x) = Oni al Srap at g(x) x Cac công thức nghiệm (2.15) là tương đương.3 Giải phương trình tích phan ky dị với hạt nhân Logarit Nhiều vấn đề trong toán hoc vật lý ma để giải quyết nó đã đưa đến việc xuất hiện phương trình tích phan kỳ di với hạt nhân Logarit. Chúng ta nghiên cứu giải hai phương trình tích phân kỳ dị nhân Logarit thường gặp: 8 [vo Injt—a2|dt= f(r), a<«< 8, (2. Có một số cách giải phương trình (2.2), như của Porker (1972) và Chakrabarti (1997) đã chỉ ra nghiệm ¬ lứ —a)(8 EO sư mø-s-sJ i; " (2.3) | =| ema ] rd|, ¿(z) = : a (ứ =a)(8 = OF FO 4, | cÌ (2. Phương pháp Riemann - Hilbert giải PTTP trên đường cong mở với c là một hằng số trong trường hợp 6 — a = 4 và với điều kiện của f(x) là if =e pit=o (2.5) Nhưng kết quả trên chưa được tron vẹn bởi vì nghiệm (2.4) là kỳ dị mạnh trong đó các phương trình tích phân (2.2) là kỳ dị yếu.
Chakrabarti (2006) đã đưa ra phương phấp tìm nghiệm của phương trình tích phân kỳ dị yếu (2.2) mà nghiệm thu được không phải tích phân kỳ dị mạnh. a) Phương pháp tim nghiệm phương trành tích phân (2. Xây dựng bài toán RHP tương ứng phương trình (2.1): Giả sử y(t) là nghiệm của phương trình (2.