Մարգարյան, Տիգրան Վաչագանի

Մաթեմատիկա

Այս մաթեմատիկական ուսումնասիրությունը նվիրված է դիֆերենցիալ հավասարումների որոշակի դասի հետազոտությանը՝ ընդհանրացված Սոբոլևի տարածությունների շրջանակում։ Աշխատության հիմքում ընկած է դիֆերենցիալ հավասարումների լուծումների ուսումնասիրության այն մոտեցումը, որի դեպքում դասական իմաստով բավարար հարթություն չունեցող ֆունկցիաները նույնպես կարող են դիտարկվել որպես լուծումներ՝ օգտագործելով ընդհանրացված կամ թույլ ածանցյալների և համապատասխան ֆունկցիոնալ տարածությունների գաղափարները։ Սոբոլևի տարածությունները կարևոր դեր ունեն ժամանակակից ֆունկցիոնալ անալիզում և մասնակի ածանցյալներով դիֆերենցիալ հավասարումների տեսության մեջ, քանի որ հնարավորություն են տալիս ուսումնասիրել այնպիսի ֆունկցիաներ, որոնք պարտադիր չէ, որ ունենան դասական ածանցյալներ, բայց ունեն անհրաժեշտ ինտեգրելիության և ընդհանրացված ածանցյալների հատկություններ։ Ուսումնասիրության կարևոր ուղղություններից մեկը համապատասխան ֆունկցիոնալ տարածության կառուցվածքի և հատկությունների բացահայտումն է։ Ընդհանրացված Սոբոլևի տարածությունների օգտագործումը հնարավորություն է տալիս ընդլայնել դասական տեսությունը և այն կիրառել ավելի լայն դասի հավասարումների նկատմամբ։ Այդպիսի տարածությունները կարող են կառուցվել տարբեր ինտեգրելիության պայմանների, կշռված նորմերի կամ ավելի ընդհանուր դիֆերենցիալ օպերատորների միջոցով՝ կախված ուսումնասիրվող հավասարման կառուցվածքից։ Աշխատանքի առանցքային խնդիրը տվյալ դասի հավասարումների համար լուծման գոյության, միարժեքության և, հնարավորության դեպքում, լուծման կայունության հարցերի ուսումնասիրությունն է։ Դիֆերենցիալ հավասարման լուծումը ֆունկցիոնալ տարածության մեջ կարող է ընկալվել թույլ իմաստով, երբ հավասարման պայմանը ստուգվում է համապատասխան փորձնական ֆունկցիաների միջոցով։ Այս մոտեցումը հատկապես կարևոր է այն դեպքերում, երբ հավասարման լուծումը կարող է ունենալ որոշակի անկանոնություն կամ չբավարարել դասական դիֆերենցելիության պահանջներին։ Ուսումնասիրության մեթոդաբանական հիմքում կարող են գտնվել ֆունկցիոնալ անալիզի, օպերատորների տեսության, ինտեգրալ հավասարումների և թույլ լուծումների տեսության մեթոդները։ Դրանց օգնությամբ հնարավոր է դիֆերենցիալ խնդիրը վերաձևակերպել որպես համապատասխան օպերատորային հավասարում և ուսումնասիրել այդ օպերատորի հատկությունները։ Այսպիսի վերաձևակերպումը հաճախ թույլ է տալիս կիրառել գոյության թեորեմներ, կոմպակտության մեթոդներ, մոտարկման սկզբունքներ և այլ ֆունկցիոնալ-անալիտիկ գործիքներ։ Կարևոր է նաև սահմանային պայմանների դերը։ Դիֆերենցիալ հավասարման լուծման հատկությունները մեծապես կախված են ոչ միայն հավասարման դիֆերենցիալ օպերատորից, այլև սահմանային պայմաններից։ Ընդհանրացված Սոբոլևի տարածությունների շրջանակում այդ պայմանները կարող են ձևակերպվել նաև հետքերի՝ ֆունկցիայի կամ դրա ածանցյալների սահմանային արժեքների, միջոցով։ Հետևաբար ուսումնասիրությունը կարող է ներառել հետքի օպերատորների հատկությունների և սահմանային պայմանների համապատասխանության վերլուծություն։ Աշխատության կարևոր բաղադրիչ կարող է լինել թույլ ձևակերպման կառուցումը։ Դիֆերենցիալ հավասարման թույլ ձևակերպումը հնարավորություն է տալիս նվազեցնել լուծումից պահանջվող դասական հարթության աստիճանը և խնդիրը տեղափոխել ավելի լայն ֆունկցիոնալ տարածք։ Այդ դեպքում հավասարումը ուսումնասիրվում է ինտեգրալային կամ երկգծային ձևի միջոցով, ինչը հատկապես արդյունավետ է մասնակի ածանցյալներով հավասարումների համար։ Թույլ լուծման գոյությունը հաճախ կապված է համապատասխան օպերատորի սահմանափակության, կոերցիվության կամ այլ կառուցվածքային հատկությունների հետ։ Լուծման միարժեքության խնդիրը ևս էական նշանակություն ունի։ Եթե նույն սկզբնական կամ սահմանային պայմանների համար հնարավոր են բազմաթիվ լուծումներ, անհրաժեշտ է պարզել դրանց միջև եղած հարաբերությունները և որոշել այն պայմանները, որոնց դեպքում լուծումը միակն է։ Այդ նպատակով կարող են ուսումնասիրվել հավասարման հոմոգեն և ոչ հոմոգեն տարբերակները, համապատասխան օպերատորի միջուկը և պատկերը, ինչպես նաև կիրառվել ֆունկցիոնալ անալիզի ընդհանուր սկզբունքներ։ Լուծումների կայունության ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, թե որքան զգայուն է ստացված լուծումը սկզբնական տվյալների կամ հավասարման գործակիցների փոքր փոփոխությունների նկատմամբ։ Կիրառական տեսանկյունից սա կարևոր հատկություն է, քանի որ իրական խնդիրներում տվյալները սովորաբար հայտնի են միայն մոտավորությամբ։ Եթե փոքր փոփոխությունները հանգեցնում են լուծման միայն փոքր փոփոխության, ապա խնդիրը համարվում է կայուն, մինչդեռ հակառակ դեպքում կարող է առաջանալ անկայունության խնդիր։ Ընդհանրացված Սոբոլևի տարածությունների կիրառումը հնարավորություն է տալիս նաև ուսումնասիրել հավասարումների ավելի բարդ դասեր, որոնցում գործակիցները կարող են ունենալ սահմանափակ կանոնավորություն կամ փոփոխվել տարածական փոփոխականներից կախված։ Այս դեպքում դասական լուծումների տեսությունը կարող է բավարար չլինել, մինչդեռ թույլ լուծումների և ֆունկցիոնալ տարածությունների մեթոդները թույլ են տալիս պահպանել խնդրի մաթեմատիկական իմաստը։ Ուսումնասիրության տեսական արժեքը պայմանավորված է նրանով, որ այն նպաստում է դիֆերենցիալ հավասարումների լուծումների ավելի ընդհանուր տեսության զարգացմանը։ Ընդհանրացված ֆունկցիոնալ տարածությունների միջոցով հնարավոր է միավորել տարբեր տեսակի հավասարումների ուսումնասիրության մեթոդները և սահմանել լուծումների այնպիսի դասեր, որոնք ավելի լայն են, քան դասականորեն դիտարկվող ֆունկցիաների դասերը։ Նման մոտեցումները կարևոր են մասնակի ածանցյալներով հավասարումների, մաթեմատիկական ֆիզիկայի և կիրառական մաթեմատիկայի բազմաթիվ խնդիրների համար։ Թեման կարող է կապված լինել նաև մոտարկման խնդիրների հետ։ Թույլ լուծումները հաճախ հնարավոր է ստանալ ավելի կանոնավոր ֆունկցիաների հաջորդականությունների միջոցով՝ կառուցելով մոտավոր լուծումներ և ուսումնասիրելով դրանց սահմանային վարքը համապատասխան նորմում։ Այդ գործընթացը պահանջում է ֆունկցիոնալ տարածության ամբողջականության, կոմպակտության և կոնվերգենցիայի հատկությունների մանրամասն օգտագործում։ Այսպիսի մեթոդները հնարավորություն են տալիս ապացուցել լուծման գոյությունը նույնիսկ այն դեպքերում, երբ ուղղակի կառուցում հնարավոր չէ։ Աշխատության արդյունքները կարող են ունենալ նաև կիրառական նշանակություն, քանի որ դիֆերենցիալ հավասարումները մաթեմատիկական մոդելավորման հիմնական գործիքներից են։ Դրանք օգտագործվում են ֆիզիկայում, մեխանիկայում, ջերմափոխանակության, դիֆուզիայի, էլեկտրամագնիսական երևույթների, հեղուկների շարժի և բազմաթիվ այլ գործընթացների նկարագրման համար։ Ընդհանրացված Սոբոլևի տարածությունների միջոցով հնարավոր է ավելի իրատեսական կերպով նկարագրել այն համակարգերը, որոնցում ֆիզիկական մեծությունները կարող են ունենալ ոչ հարթ կամ տեղային անկանոն վարք։ Ընդհանուր առմամբ, ուսումնասիրությունը համադրում է դիֆերենցիալ հավասարումների տեսությունը և ֆունկցիոնալ անալիզը՝ որոշակի դասի հավասարումների լուծումների հատկությունները ընդհանրացված Սոբոլևի տարածություններում բացահայտելու նպատակով։ Հիմնական ուշադրությունը կենտրոնացած է հավասարման ֆունկցիոնալ-անալիտիկ ձևակերպման, թույլ լուծումների գոյության, միարժեքության և կայունության, ինչպես նաև համապատասխան տարածությունների կառուցվածքային հատկությունների վրա։ Թեման կարող է հետաքրքրել մաթեմատիկոսներին, ֆունկցիոնալ անալիզի և դիֆերենցիալ հավասարումների մասնագետներին, մաթեմատիկական ֆիզիկայի հետազոտողներին, ասպիրանտներին և այն ուսանողներին, ովքեր զբաղվում են ժամանակակից մաթեմատիկական վերլուծությամբ։