Teorema Cauchy–Kovalevski dan Holmgren

Batas sumber. Bagian ini mengikat cauchy_problem.tex baris 119-213 pada sumber beku.

Teorema 3.1.1 (Cauchy–Kovalevski). Misalkan S⊂ℝn\displaystyle S \subset \mathbb{R}^n suatu hiperpermukaan analitik. Asumsikan bahwa GG analitik di sekitar data jet awal yang relevan di atas SS, dan bahwa g0:S→ℝg_0:S\rightarrow \mathbb{R}, g1:S→ℝg_1:S\rightarrow \mathbb{R}, …, gm−1:S→ℝg_{m-1}:S\rightarrow \mathbb{R} merupakan fungsi-fungsi analitik pada SS. Jika SS merupakan hiperpermukaan nonkarakteristik (lihat Definisi 2.4.6), maka terdapat solusi analitik tunggal uu dari (3.1.1) dan (3.1.2) di suatu lingkungan SS.

Sebagai contoh, bukti teorema ini dapat ditemukan dalam J; Tr.

Ketunggalan dalam Teorema Cauchy–Kovalevski berlaku di antara fungsi-fungsi analitik. Teorema ini tidak menyatakan apa pun tentang solusi dengan kehalusan yang lebih rendah. Teorema berikut secara garis besar menyatakan bahwa, untuk persamaan diferensial parsial linear, ketunggalan berlaku di antara semua fungsi. Teorema ini juga tidak akan dibuktikan. Sebagai contoh, sebuah bukti dapat ditemukan dalam Smo.

Teorema 3.1.2 (Holmgren). Tinjau persamaan diferensial parsial linear orde m\displaystyle m

L(𝒙,D)u=∑|𝜶|≤ma𝜶(𝒙)D𝜶u=0L(\boldsymbol{x}, \mathrm{D})u = \sum_{|\boldsymbol{\alpha}|\leq m} a_{\boldsymbol{\alpha}}(\boldsymbol{x}) \mathrm{D}^{\boldsymbol{\alpha}} u = 0 pada ℝn\displaystyle\mathbb{R}^n, dengan fungsi-fungsi a𝜶:ℝn→ℝ\displaystyle a_{\boldsymbol{\alpha}}:\mathbb{R}^n \rightarrow \mathbb{R} analitik real. Misalkan SS suatu hiperpermukaan analitik nonkarakteristik. Maka, setiap solusi kelas Cm(ℝn)\displaystyle C^m(\mathbb{R}^n) yang memenuhi syarat Cauchy D𝜶u=0\displaystyle\mathrm{D}^{\boldsymbol{\alpha}} u = 0 pada SS untuk semua multiindeks 𝜶\boldsymbol{\alpha} dengan |𝜶|<m|\boldsymbol{\alpha}|<m harus memenuhi u=0u=0 secara lokal di dekat setiap titik pada SS.

J membuktikan versi Teorema Holmgren yang sedikit lebih umum. Bukti Teorema Holmgren tidak mudah. Sebelum menyatakan versi ini, kita memerlukan sebuah definisi singkat.

Definisi 3.1.3. Misalkan Ω⊂ℝn\displaystyle\Omega \subset \mathbb{R}^n suatu himpunan terbuka. Andaikan bahwa

  1. terdapat bijeksi analitik real F:B×]a,b[→ΩF:B \times ]a,b[ \rightarrow \Omega, dengan BB sebuah bola terbuka di ℝn−1\displaystyle\mathbb{R}^{n-1} dan a<ba<b,

  2. determinan Jacobian FF berbeda dari 00 di setiap titik B×]a,b[B\times ]a,b[, dan

  3. Ω=⋃λ∈]a,b[Sλ\displaystyle\Omega = \bigcup_{\lambda \in ]a,b[} S_\lambda, dengan Sλ={𝒙:𝒙=F(𝒚,λ)untuk𝒚∈B}\displaystyle S_\lambda = \left\{ \boldsymbol{x} : \boldsymbol{x} = F(\boldsymbol{y},\lambda) \ \text{untuk} \ \boldsymbol{y} \in B \right\}.

Maka, keluarga hiperpermukaan {Sλ}λ∈]a,b[\displaystyle\left\{ S_\lambda \right\}_{\lambda \in ]a,b[} merupakan keluarga analitik hiperpermukaan (analytic field)

bagi Ω\Omega.

Teorema 3.1.4 (Holmgren). Tinjau persamaan diferensial parsial linear orde m\displaystyle m

L(𝒙,D)u=∑|𝜶|≤ma𝜶(𝒙)D𝜶u=0L(\boldsymbol{x}, \mathrm{D})u = \sum_{|\boldsymbol{\alpha}|\leq m} a_{\boldsymbol{\alpha}}(\boldsymbol{x}) \mathrm{D}^{\boldsymbol{\alpha}} u = 0 pada suatu himpunan terbuka Ω\Omega di ℝn\displaystyle\mathbb{R}^n, dengan fungsi-fungsi a𝜶:Ω→ℝa_{\boldsymbol{\alpha}}:\Omega\rightarrow \mathbb{R} analitik real. Misalkan {Sλ}λ∈]a,b[\displaystyle\left\{ S_\lambda \right\}_{\lambda \in ]a,b[} suatu keluarga analitik hiperpermukaan bagi Ω\Omega.
Misalkan R={𝒙:𝒙∈Ωdenganxn≥0}\displaystyle R = \left\{ \boldsymbol{x} : \boldsymbol{x} \in \Omega \ \text{dengan} \ x_n\geq 0 \right\}, Z={𝒙:𝒙∈Ωdenganxn=0}\displaystyle Z = \left\{ \boldsymbol{x} : \boldsymbol{x} \in \Omega \ \text{dengan} \ x_n = 0 \right\} dan Ωμ=⋃a<λ≤μSλ\displaystyle\Omega_\mu = \bigcup_{a<\lambda \leq \mu} S_\lambda.

Jika Z≠∅Z \neq \emptyset, ZZ dan setiap SλS_\lambda bukan hiperpermukaan karakteristik, serta Ωμ∩R\Omega_\mu \cap R merupakan subhimpunan tertutup dari Ω\Omega (dengan topologi terinduksi pada Ω\Omega) untuk setiap μ∈]a,b[\mu \in ]a,b[, maka solusi tunggal kelas Cm(R¯)\displaystyle C^m(\overline{R}) yang memenuhi syarat Cauchy D𝜶u=0\displaystyle\mathrm{D}^{\boldsymbol{\alpha}} u = 0 pada ZZ untuk semua multiindeks 𝜶\boldsymbol{\alpha} dengan |𝜶|<m|\boldsymbol{\alpha}|<m adalah u=0u=0 pada RR.

Jika R⊂ℝn\displaystyle R\subset \mathbb{R}^n, ingat bahwa f∈Cm(R¯)\displaystyle f \in C^m(\overline{R}) berarti bahwa f∈C(R¯)∩Cm(R)\displaystyle f\in C(\overline{R}) \cap C^m(R) dan D𝜶f\displaystyle\mathrm{D}^{\boldsymbol{\alpha}} f dapat diperluas secara kontinu ke R¯\overline{R} untuk semua multiindeks 𝜶\boldsymbol{\alpha} dengan |𝜶|≤m|\boldsymbol{\alpha}|\leq m.

Bukti Teorema 3.1.2 pada kenyataannya terdiri atas konstruksi suatu keluarga analitik tertentu.

Atribusi dan hak. Karya sumber oleh Benoit Dionne dilisensikan berdasarkan Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International. Terjemahan dan perubahan yang dicatat menggunakan lisensi komponen yang sama. Produksi terjemahan dan edisi dibantu OpenAI Codex gpt-5.6-sol, Ultra; semua kredit penulis dan kontributor manusia tetap dipertahankan. Ini bukan terbitan atau dukungan resmi Benoit Dionne maupun University of Ottawa.

← Kembali ke Program Matematika