Кіріспе
Математикада дифференциалдық вариациялық теңсіздік (ДВН) - қарапайым дифференциалдық теңдеулер мен вариациялық теңсіздіктерді немесе комплементарлық проблемаларды қамтитын динамикалық жүйе. DVI динамика мен теңсіздік шектеулерін қамтитын модельдерді көрсетуге пайдалы. Мұндай проблемалардың мысалдары, мысалы, механикалық әсер проблемалары, идеалдық диодтар бар электрлік схемалар, байланысушы денелер үшін Кулон сүргі проблемалары және динамикалық экономикалық және динамикалық көлік желілері мен кезек желілері сияқты байланысты проблемалар (еріктемелердің кезек ұзындығының жоғарғы шегі болуы мүмкін немесе кезек ұзындығы теріс бола алмайды). DVI басқа да көптеген ұғымдармен байланысты, соның ішінде дифференциалдық инклюзиялар, болжамды динамикалық жүйелер, эволюциялық теңсіздіктер және параболалық вариациялық теңсіздіктер. Дифференциалдық вариациялық теңсіздіктерді алғаш рет Панг пен Стюарт ресми түрде енгізді, оның анықтамасын Аубин мен Целинада (1984) пайдаланылған дифференциалдық вариациялық теңсіздікпен шатастыруға болмайды. Дифференциалдық вариациялық теңсіздіктер әр және барлық t; K жабық құбылмалы жиын үшін, мұнда ДВИ-мен тығыз байланысты динамикалық / дифференциалдық комплементарлық проблемалар бар: егер K жабық құбылмалы конус болса, онда вариациялық теңсіздік комплементарлық проблемаға тең:
for every and almost all t; K a closed convex set, where
Closely associated with DVIs are dynamic/differential complementarity problems: if K is a closed convex cone, then the variational inequality is equivalent to the complementarity problem:
Механикалық байланыс
Жоғарыдан үстелге қарай құлайтын радиустан тұратын қатты шарды қарастырайық. Топқа әсер ететін күштер гравитация және енуді болдырмайтын үстелдің байланыс күштері деп есептеңіз. Бұл жерде қозғалыс сипатталған дифференциалдық теңдеуде шардың массасы, столдың түйісу күші және гравитациялық жылдамдық бар. Екеуі де және априорлы түрде белгісіз екенін ескеріңіз. Топ пен үстел бөлек болған кезде, байланыс күші болмайды. Егер , онда кез келген теріс емес мәнді қабылдауы мүмкін. (Біз бұған рұқсат бермейміз, өйткені бұл қандай да бір жабысқақ затқа сәйкес келеді.) Мұны комплементарлық қатынаспен қорытындылауға болады Жоғарыда келтірілген формулада , оның қос конусы теріс емес нақты сандар жиыны болып табылады; бұл дифференциалдық комплементарлық мәселе.
where is the mass of the ball and is the contact force of the table, and is the gravitational acceleration. Note that both and are a priori unknown. While the ball and the table are separated, there is no contact force. There cannot be penetration (for a rigid ball and a rigid table), so for all If then On the other hand, if , then can take on any non negative value. (We do not allow as this corresponds to some kind of adhesive.) This can be summarized by the complementarity relationship
In the above formulation, we can set , so that its dual cone is also the set of non negative real numbers; this is a differential complementarity problem.
Электрлік схемаларда идеалдық диодтар
Идеалдық диод - алдыңғы бағыттағы кернеуді қолданғанда кедергісіз электр тогын өткізетін, бірақ кері бағыттағы ток ағынына жол бермейтін диод. Егер кері кернеу , ал алдыңғы ток , болса, онда екеуінің арасында өзара байланыстылық қатынас бар: егер диод конденсатор немесе индуктор сияқты жады элементі бар схемада болса, онда схеманы дифференциалдық ауытқу теңсіздік ретінде көрсетуге болады.
for all If the diode is in a circuit containing a memory element, such as a capacitor or inductor, then the circuit can be represented as a differential variational inequality.
Индекс
DVI индексінің тұжырымдамасы маңызды және DVI-ге шешімдердің болуы мен бірегейлігі туралы көптеген мәселелерді анықтайды. Бұл түсінік дифференциалдық алгебралық теңдеулер индексі (ДАЕ) түсінігімен тығыз байланысты, бұл барлық айнымалылар үшін дифференциалдық теңдеулердің толық жүйесін алу үшін ДАЕ-дің алгебралық теңдеулерін дифференциалдастыру керек. Бұл бақылау теориясының салыстырмалы дәрежесіне жақын ұғым, бұл шамамен айтқанда "шығару" айнымалысын "кірістіру" айнымалысы айқын көрінуі үшін ажырату керек. Басқару теориясында бұл "нөлдік динамика" деп аталатын, бақылаудың негізгі тұжырымдамасы) кіретін каноникалық жай-күй кеңістігі нысанын алу үшін қолданылады. DVI үшін индекс - F ((t, x, u) = 0-ның дифференциациялану саны, u-ді t және x функциясы ретінде жергілікті түрде бірегей түрде анықтау үшін қажет. Бұл индексті жоғарыда келтірілген мысалдар үшін есептеуге болады. Механикалық әсер мысалы үшін, егер біз бір рет дифференциалдансақ, бізде бар , ол әлі де нақты қатысы жоқ. Алайда, егер біз тағы бір рет дифференциалдансақ, дифференциалдық теңдеуді қолдана отырып, нақты қатысы бар , одан әрі, егер , біз нақты анықтауымыз мүмкін. Дифференциалдық вариациялық теңсіздіктер индексі екіден жоғары, бірақ белгілі бір шарттар мен түсіндірмелер оларды мағыналы ете алады (Акари, Броглиато және Гоельвен, және Хемельс, Шумахер және Вайланд сілтемелерін қараңыз). Бір маңызды қадам - алдымен шешімдердің қолайлы кеңістігін анықтау (Шварц үлестірімі).
For the ideal diode systems, the computations are considerably more difficult, but provided some generally valid conditions hold, the differential variational inequality can be shown to have index one. Differential variational inequalities with index greater than two are generally not meaningful, but certain conditions and interpretations can make them meaningful (see the references Acary, Brogliato and Goeleven, and Heemels, Schumacher, and Weiland below). One crucial step is to first define a suitable space of solutions (Schwartz' distributions).