Интегро-дифференциальные уравнения

Интегро-дифференциальные уравнения — класс уравнений, в которых неизвестная функция содержится как под знаком интеграла, так и под знаком дифференциала или производной.

${L}_{n}[\varphi (x)]-\lambda \int _{a}^{b}K(x,y,{P}_{m}[\varphi (y)])dy=f(x)$

где

${L}_{n}[\varphi (x)]={\frac {{d}^{n}\varphi (x)}{{dx}^{n}}}+{a}_{1}(x){\frac {{d}^{n-1}\varphi (x)}{{dx}^{n-1}}}+...+{a}_{n}(x)\varphi (x)$ называется внешним дифференциальным оператором, а

${P}_{m}[\varphi (y)]={\frac {{d}^{m}\varphi (y)}{{dy}^{m}}}+{b}_{1}(y){\frac {{d}^{m-1}\varphi (y)}{{dy}^{m-1}}}+...+{b}_{m}(y)\varphi (y)$ — внутренним дифференциальным оператором

$K(x,y,{P}_{m}[\varphi (y)])$ — ядро интегро-дифференциального уравнения

Некоторые интегро-дифференциальные уравнения можно свести к дифференциальным уравнениям в банаховом пространстве, однако существуют эволюционные интегро-дифференциальные уравнения (встречающиеся в теории упругости и моделях биологических процессов), содержащие интегрирование по времени, для которых это сделать сложно.

Классификация интегро-дифференциальных уравнений

Линейные интегральные уравнения

Линейными интегро-дифференциальными уравнениями называется уравнения, в которые внутренний дифференциальный оператор входит линейно:

${L}_{n}[\varphi (x)]-\lambda \int _{a}^{b}K(x,y){P}_{m}[\varphi (y)]dy=f(x)$

Уравнения Фредгольма

Основная статья: Интегро-дифференциальное уравнение Фредгольма

Линейным интегро-дифференциальным уравнением Фредгольма называется уравнение с постоянными пределами интегрирования

Уравнения Фредгольма 1-рода

Интегро-дифференциальным уравнением Фредгольма 1-го рода называется уравнение вида:

$\lambda \int _{a}^{b}K(x,y){P}_{m}[\varphi (y)]dy=f\left(x\right)$

Уравнения Фредгольма 2-рода

Интегро-дифференциальным уравнением Фредгольма 2-го рода называется уравнение вида:

${L}_{n}[\varphi (x)]-\lambda \int _{a}^{b}K(x,y){P}_{m}[\varphi (y)]dy=f(x)$

Уравнения Вольтерры

Основная статья: Интегро-дифференциальное уравнение Вольтерры

Линейным интегро-дифференциальным уравнением Вольтерры называется уравнение с переменным верхним пределом интегрирования

Уравнения Вольтерры 1-рода

Интегро-дифференциальным уравнением Вольтерры 1-го рода называется уравнение вида:

$\lambda \int _{a}^{x}K(x,y){P}_{m}[\varphi (y)]dy=f\left(x\right)$

Уравнения Вольтерры 2-рода

Интегро-дифференциальным уравнением Вольтерры 2-го рода называется уравнение вида:

${L}_{n}[\varphi (x)]-\lambda \int _{a}^{x}K(x,y){P}_{m}[\varphi (y)]dy=f(x)$

Нелинейные интегральные уравнения

Нелинейным уравнением Фредгольма называется интегро-дифференциальное уравнение, в которое внутренний дифференциальный оператор входит нелинейно:

${L}_{n}[\varphi (x)]-\lambda \int _{a}^{b}K(x,y,{P}_{m}[\varphi (y)])dy=f(x)$

См. также

• Интегральное уравнение

Литература

• Г. А. Шишкин, Линейные интегро-дифференциальные уравнения Фредгольма. Учебное пособие по спецкурсу и спецсеминару. Издательство Бурятского госуниверситета 2007.