Кіріспе

Математикада Вольтерра интегралдық теңдеулері интегралдық теңдеулердің ерекше түрі болып табылады. Олар бірінші және екінші типті деп аталатын екі топқа бөлінеді. Бірінші түрдегі сызықтық Вольтерра теңдеуі:

мұнда f – берілген функция, ал x – шешілуі тиіс белгісіз функция. Екінші түрдегі сызықтық Вольтерра теңдеуі:

Операторлар теориясында және Фредгольм теориясында сәйкес операторлар Вольтерра операторлары деп аталады. Мұндай теңдеулерді шешудің пайдалы әдісі – Джордж Адомианға тиесілі Адомианның ыдырау әдісі. Егер интегралдағы функция ядро деп аталса, онда сызықтық Вольтерра интегралдық теңдеуі конволюциялық теңдеу болып табылады. Мұндай теңдеулерді Лаплас түрлендіру әдістері арқылы талдауға және шешуге болады. Формасы болып келетін әлсіз дара ядро үшін, бірінші түрдегі Вольтерра интегралдық теңдеуін классикалық Абель интегралдық теңдеуіне ыңғайлы түрде түрлендіруге болады. Вольтерра интегралдық теңдеулерін Вито Вольтерра енгізді, ал кейін Траян Лалеску Эмиль Пикардың жетекшілігімен жазылған өзінің 1908 жылғы «Sur les équations de Volterra» диссертациясында зерттеді. 1911 жылы Лалеску интегралдық теңдеулер туралы алғашқы кітапты жазды. Вольтерра интегралдық теңдеулері демографияда Лотка интегралдық теңдеуі ретінде, вискоэластикалық материалдарды зерттеуде, актуарлық ғылымда жаңару теңдеуі арқылы және шекті өлшемді шекараларға жақын ағыс мінез-құлқын сипаттау үшін сұйықтық механикасында қолданылады.

Бірінші түрдегі Вольтерра теңдеуін екінші түрге аудару

Бірінші түрдегі сызықтық Вольтерра теңдеуін екінші түрдегі сызықтық Вольтерра теңдеуіне әрқашан келтіруге болады, егер бірінші түрдегі Вольтерра теңдеуінің туындысын алсақ: осы теңдеуді бөліп жазсақ: және деп белгілесек, бірінші түрдегі теңдеуді екінші түрдегі сызықтық Вольтерра теңдеуіне түрлендіру аяқталады.

Трапециялы ережені қолдана отырып сандық шешім

Екінші түрдегі сызықтық Вольтерра теңдеуінің сандық шешімін есептеудің стандартты әдісі трапеция тәсілі болып табылады, ол бірдей аралықтағы кіші интервалдар үшін былай беріледі: Кіші интервалдар үшін аралықтар тең болған жағдайда, Вольтерра теңдеуінің интегралдық бөлігін былай жуықтауға болады: , және деп белгілесек, сызықтық теңдеулер жүйесін аламыз: Бұл матрицалық теңдеуге эквивалентті: Жақсы қасиеттері бар ядролар үшін трапеция тәсілі жақсы нәтижелер береді.

Қолданба: қираған теория

Вольтерра интегралды теңдеулері пайда болатын бір сала – құлдырау теориясы, актуарлық ғылымдағы төлемсіздік тәуекелін зерттеу. Мақсаты – құлдырау ықтималдығын анықтау, мұнда бастапқы артық капитал, ал – құлдырау уақыты. Құлдырау теориясының классикалық моделінде, таза ақшалай қаражаттың жағдайы бастапқы артық капиталдың, қарқынмен алынатын сыйақы кірісінің және төленген талаптардың функциясы болып табылады: мұнда талаптар санының Пуассон процесі, оның қарқындылығы тең. Осы жағдайларда, құлдырау ықтималдығы мынадай Вольтерра интегралды теңдеу түрінде көрсетілуі мүмкін: мұнда талаптар таралуының аман қалу функциясы.