Введение

Математическая теорема
В математике неравенство Гренвалля (также называемое леммой Гренвалля или неравенством Гренвалля — Беллмана) позволяет оценить функцию, которая, как известно, удовлетворяет определенному дифференциальному или интегральному неравенству, через решение соответствующего дифференциального или интегрального уравнения. Существуют две формы леммы: дифференциальная и интегральная. Для интегральной формы существует несколько вариантов. Неравенство Гренвалля является важным инструментом для получения различных оценок в теории обыкновенных и стохастических дифференциальных уравнений. В частности, оно предоставляет теорему о сравнении, которая может быть использована для доказательства единственности решения задачи Коши; см. теорему Пикара — Линделёфа. Оно названо в честь Томаса Хакона Гренвалля (1877–1932). Грёнвалль — шведское написание его имени, но он писал своё имя как Gronwall в своих научных публикациях после эмиграции в Соединенные Штаты. Неравенство было впервые доказано Гренваллем в 1919 году (интегральная форма, представленная ниже, с α и β как константами). Ричард Беллман доказал немного более общую интегральную форму в 1943 году. Нелинейное обобщение неравенства Гренвалля — Беллмана известно как неравенство Бихари — ЛаСалля. Другие варианты и обобщения можно найти в Pachpatte, B. G. (1998).

Замечания

Нет никаких предположений о непрерывности функций α и u. Интеграл в неравенстве Гронволла может принимать бесконечное значение. Если α – нулевая функция, а u – неотрицательная, то из неравенства Гронволла следует, что u также является нулевой функцией. Интегрируемость u по мере μ существенна для получения результата. В качестве контрпримера, пусть μ обозначает меру Лебега на единичном интервале, определим и для t ∈ , и пусть α будет нулевой функцией. Версия, представленная в учебнике С. Этьера и Т. Курца, делает более строгие предположения, а именно, что α является неотрицательной константой, а u ограничена на ограниченных интервалах, но не требует локальной конечности меры μ. По сравнению с представленным ниже, их доказательство не рассматривает поведение остатка Rn(t).

Конспект доказательства

Доказательство состоит из трех шагов. Идея заключается в подстановке предполагаемого интегрального неравенства в себя n раз. Это делается в утверждении 1 с использованием математической индукции. В утверждении 2 мы переписываем меру симплекса в удобном виде, используя инвариантность произведения мер относительно перестановок. На третьем шаге мы переходим к пределу при n стремящемся к бесконечности, чтобы получить желаемый вариант неравенства Гронволла.