Вариационные задачи с разрывным интегрантом
Многие прикладные оптимизационные задачи сводятся к поиску экстремумов интегральных функционалов с разрывным интегрантом. Здесь "разрывной" понимается так: не обязательно разрывной. Обычно, в том числе и в монографиях [3, 5], оптимизационные задачи рассматриваются для функционалов, зависящих от операторов дифференцирования. В работах [10, 11] рассматриваются функционалы, зависящие от интегральных операторов, что существенно расширяет круг решаемых задач.
Будем решать вариационную задачу для функционалов с разрывным интегрантом, зависящих от линейных интегральных операторов
(2.1)
где h(t) - экстремаль, относительно которой предполагаем, что
.
Функционал качества I может зависеть от нескольких операторов
(2.2)
где F[T ]- интегрант, определяющий связь (композицию) операторов F i в функционале I. Интегрант F[T ] может быть непрерывным, гладким, негладким и даже континуально многозначным или разрывным.
Оптимизации методами негладкого анализа посвящена монография Френка Кларка [3], но методику Кларка применить к функционалам, зависящим от интегральных операторов, нельзя, как нельзя ее применять и для функционалов с континуально многозначным или разрывным интегрантом. Кроме того, экстремали у Кларка предполагаются абсолютно непрерывными. Все это несколько сужает область применения негладкой оптимизации Кларка - теории, впитавшей в себя достижения его предшественников, на кoторых он ссылается в своей монографии. Поскольку оптимизируемый функционал зависит от интегральных операторов, метод, использованный в монографии [5], неприменим тоже. В то же время для решения сформулированной задачи достаточно методов вариационного исчисления, теории обобщенных функций и теоремы Фубини [8], поэтому будем поступать так.
Негладкий, континуально многозначный или разрывной интегрант можно представить с помощью функции включения H(x) (1.2) или ее производных, т.е. d -функции (1.5) и ее производных, используя их фильтрующие свойства. При варьировании функционала I все производные будем понимать в обобщенном смысле
.
Заметим, что этот интеграл теперь имеет математический и физический смыл, а не является "просто символом", как при классическом определении d -функции.
По общему правилу [9-12] введем однопараметрическое семейство кривых 
, где d h(t)-произвольная функция из Lp[a,b], a - малый параметр. Подставляя 
в операторы (2.1), а операторы (2.1) в функционал (2.2) и дифференцируя I по a , получим вариацию функционала d I и приравняем ее нулю:
(2.3)
Теперь, чтобы получить необходимое условие экстремума, надо исключить произвольную функцию из вариации функционала d I. В классическом вариационном исчислении это делается с помощью интегрирования по частям, которое в данном случае неприменимо. Полагая, что к вариации d I применима теорема Фубини [8], одним из условий применимости которой может быть суммируемость произведений
изменим в формуле (2.3) порядок интегрирования [10, 11]
(2.4)
Используя основную лемму вариационного исчисления в формулировке Л.Янга [7], получим аналог уравнения Эйлера для функционалов с континуально многозначным или разрывным интегрантом, зависящих от линейных интегральных операторов, действующих на экстремаль,
(2.5)
Следствие. Если воспользоваться фильтрующим свойством d -функции и ее производных, и обозначить ядра операторов (2.1) через Ki(x,t)=d (i)(x-t), то уравнение (2.5) примет вид уравнения Эйлера
(2.6)
простейшей вариационной задачи [12], но для функционалов с континуально многозначным или разрывным интегрантом
(2.7)
зависящих от искомой функции h(t) и ее производных h(i)(t).
Пример. Задача Дидоны с канавой. В распоряжении царевны имеется веревка заданной длины L, которой следует ограничить участок побережья, причем береговая черта представляется линией x=0 на плоскости Оtx (Рис.2). При этом надо найти кривую длины L, лежащую в полуплоскости
, соединяющую точки (-1,0) и (1,0), такую что площадь между кривой и осью t максимальна.
Немного больше о технологиях >>>
Индуцированный распад протона
Дано теоретическое обоснование новому
физическому эффекту - индуцированному распаду протона. Индуцированный распад
протона (ИРП) рассматривается как ядерная реакция нового вида, которая может
происходить только при учете особенностей фрактального строения протона.
Индуцированны ...
Применение световода на уроках физики
Школьник понимает физический опыт только
тогда хорошо, когда он его делает сам. Но еще лучше он понимает его, если сам
делает прибор для эксперимента.
П.Л.Капица
Физический эксперимент... Постановка его на
уроке позволяет учителю не только подробно рассмотреть физические я ...
