Дробные операторы Катугамполы
В математике представляют дробные операторы Катугамполы собой интегральные операторы , которые обобщают дробные операторы Римана–Лиувилля и Адамара в уникальную форму. [1] [2] [3] [4] обобщает Дробный интеграл Катугамполы как дробный интеграл Римана – Лиувилля, так и дробный интеграл Адамара в единую форму. Он также тесно связан с дробным интегралом Эрдели – Кобера. [5] [6] [7] [8] оператор, обобщающий дробный интеграл Римана–Лиувилля. Дробная производная Катугампола [2] [3] [4] был определен с использованием дробного интеграла Катугамполы [3] и, как и любой другой дробный дифференциальный оператор , он также расширяет возможности получения степеней действительного числа или степени комплексного числа интегрального и дифференциального операторов .
Определения
[ редактировать ]Эти операторы были определены в следующем расширенном пространстве Лебега.
Позволять — пространство этих измеримых по Лебегу функций на для чего , где норма определяется выражением [1] для и для дела
Эквивалентный дробный интеграл
[ редактировать ]Он определяется через следующие интегралы [1] [2] [9] [10] [11]
( 1 ) |
для и Этот интеграл называется левосторонним дробным интегралом. Аналогично, правосторонний дробный интеграл определяется формулой:
( 2 ) |
для и .
Это дробные обобщения -сложите левый и правый интегралы вида
и
- для
соответственно. Несмотря на то, что рассматриваемые интегральные операторы очень похожи на знаменитый оператор Эрдейи–Кобера , получить дробные интегралы Адамара как прямое следствие операторов Эрдейи–Кобера невозможно. Также существует соответствующая дробная производная, которая обобщает Римана–Лиувилля и дробные производные Адамара . Как и в случае с дробными интегралами, это не относится к оператору Эрдейи–Кобера.
Дробная производная Катугампола
[ редактировать ]Как и в случае других дробных производных, он определяется через дробный интеграл Катугамполы. [3] [9] [10] [11]
Позволять и Обобщенные дробные производные, соответствующие обобщенным дробным интегралам ( 1 ) и ( 2 ), определяются соответственно для , к
и
соответственно, если интегралы существуют.
Эти операторы обобщают дробные производные Римана–Лиувилля и Адамара в единую форму, а дробная производная Эрдели–Кобера является обобщением дробной производной Римана–Лиувилля. [3] Когда, Дробные производные называются типа Вейля производными .
Дробная производная Капуто – Катугамполы
[ редактировать ]Существует модификация производного Катугамполы типа Капуто, которая теперь известна как дробная производная Капуто-Катугамполы. [12] [13] Позволять и . Дробная производная CK порядка функции относительно параметра может быть выражено как
Оно удовлетворяет следующему результату. Предположим, что , то производная CK имеет следующий эквивалентный вид [ нужна ссылка ]
Дробная производная Хильфера – Катугампола
[ редактировать ]Еще одним недавним обобщением является дробная производная Хильфера-Катугамполы . [14] [15] Пусть закажет и введите . Дробная производная (левосторонняя/правосторонняя),относительно , с , определяется
где , для функций в котором выражение в правой части существует, где - обобщенный дробный интеграл приведено в ( 1 ).
Средняя трансформация
[ редактировать ]Как и в случае с преобразованиями Лапласа , преобразования Меллина будут использоваться специально при решении дифференциальных уравнений . Преобразования Меллина левосторонней и правосторонней версий интегральных операторов Катугамполы имеют вид [2] [4]
Теорема
[ редактировать ]Позволять и Затем,
для , если существует для .
Неравенства типа Эрмита-Адамара
[ редактировать ]Операторы Катугамполы удовлетворяют следующим неравенствам типа Эрмита-Адамара: [16]
Теорема
[ редактировать ]Позволять и . Если является выпуклой функцией на , затем где .
Когда , в приведенном выше результате справедливо следующее неравенство типа Адамара: [16]
Следствие
[ редактировать ]Позволять . Если является выпуклой функцией на , затем где и — левые и правые дробные интегралы Адамара .
Недавнее развитие
[ редактировать ]Эти операторы упоминались в следующих работах:
- Дробное исчисление. Введение для физиков , Ричард Херрманн [17]
- Дробное исчисление вариаций в терминах обобщенного дробного интеграла с приложениями к физике , Татьяна Одзевичевич, Агнешка Б. Малиновска и Дельфим Ф.М. Торрес, Аннотация и прикладной анализ, том 2012 (2012), номер статьи 871912, 24 страницы [18]
- Введение в дробное вариационное исчисление , Агнешка Б. Малиновска и Дельфим Ф.М. Торрес, Imperial College Press, 2015 г.
- Расширенные методы дробного вариационного исчисления , Малиновская, Агнешка Б., Одзевич, Татьяна, Торрес, Delfim FM, Springer, 2015
- Формулы разложения в терминах производных целого порядка для дробного интеграла и производной Адамара , Шакур Пус, Рикардо Алмейда и Дельфим Ф.М. Торрес, Численный функциональный анализ и оптимизация, том 33, выпуск 3, 2012, стр. 301–319. [19]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Катугампола, Удита Н. (2011). «Новый подход к обобщенному дробному интегралу». Прикладная математика и вычислительная техника . 218 (3): 860–865. arXiv : 1010.0742 . дои : 10.1016/j.amc.2011.03.062 . S2CID 27479409 .
- ^ Jump up to: а б с д Катугампола, Удита Н. (2011). Об обобщенных дробных интегралах и производных , к.т.н. Диссертация, Университет Южного Иллинойса, Карбондейл, август 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Катугампола, Удита Н. (2014), « Новый подход к обобщенным дробным производным » (PDF) , Bull. Математика. Анальный. Приложение. , 6 (4): 1–15, МР 3298307
- ^ Jump up to: а б с Катугампола, Удита Н. (2015). «Преобразования Меллина обобщенных дробных интегралов и производных». Прикладная математика и вычислительная техника . 257 : 566–580. arXiv : 1112.6031 . дои : 10.1016/j.amc.2014.12.067 . S2CID 28000114 .
- ^ Эрдели, Артур (1950–51). «О некоторых функциональных преобразованиях». Отчеты математического семинара Туринского университета и политехнического института . 10 : 217–234. МР 0047818 .
- ^ Кобер, Герман (1940). «О дробных интегралах и производных». Ежеквартальный журнал математики (Оксфордская серия) . 11 (1): 193–211. Бибкод : 1940QJMat..11..193K . дои : 10.1093/qmath/os-11.1.193 .
- ^ Дробные интегралы и производные: теория и приложения , Самко, С.; Килбас, А.А.; и Маричев О. Твердый переплет: 1006 страниц. Издатель: Тейлор и Фрэнсис Букс. ISBN 2-88124-864-0
- ^ Теория и приложения дробных дифференциальных уравнений , Килбас, А.А.; Шривастава, HM; и Трухильо, Дж. Дж. Амстердам, Нидерланды, Elsevier, февраль 2006 г. ISBN 0-444-51832-0
- ^ Jump up to: а б Тайпраюн, Чаттай; Нтуяс, Сотирис К; Тарибун, Джессада (2015). «О нелокальных условиях дробного интеграла Катугамполы для дробного уравнения Ланжевена» . Достижения в разностных уравнениях . 2015 . дои : 10.1186/s13662-015-0712-3 .
- ^ Jump up to: а б Алмейда, Р.; Бастос, Н. (2016). «Аппроксимационная формула для интеграла Катугамполы» (PDF) . Дж. Математика. Анал . 7 (1): 23–30. arXiv : 1512.03791 . Бибкод : 2015arXiv151203791A . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 2 января 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Катугампола, Удита. «Сайт Google» . Проверено 11 ноября 2017 г.
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Алмейда, Рикардо (2017). «Вариационные задачи с дробной производной типа Капуто». Журнал теории оптимизации и приложений . 174 (1): 276–294. arXiv : 1601.07376 . дои : 10.1007/s10957-016-0883-4 . S2CID 6350899 .
- ^ Цзэн, Шэн-Да; Баляну, Дмитрий; Бай, Юнру; Ву, Гочэн (2017). «Дробные дифференциальные уравнения типа Капуто – Катугамполы и численные решения». Прикладная математика и вычислительная техника . 315 : 549–554. дои : 10.1016/j.amc.2017.07.003 .
- ^ Оливейра, Д.С.; Капелас де Оливейра, Э. (2017). «Дробная производная Хильфера-Катугампола». arXiv : 1705.07733 [ math.CA ].
- ^ Бхайрат, Сандип П.; Даигуде, Д.Б. (2017). «Существование и устойчивость дробных дифференциальных уравнений, включающих обобщенную производную Катугамполы». arXiv : 1709.08838 [ math.CA ].
- ^ Jump up to: а б М. Джлели; Д. О'Риган; Б. Самет (2016). «О неравенствах типа Эрмита-Адамара с помощью обобщенных дробных интегралов» (PDF) . Турецкий математический журнал . 40 : 1221–1230. дои : 10.3906/mat-1507-79 .
- ^ Дробное исчисление. Введение для физиков , Ричард Херрманн. Твердый переплет. Издательство: World Scientific, Сингапур; (февраль 2011 г.) ISBN 978-981-4340-24-3
- ^ Одзевич, Татьяна; Малиновская, Агнешка Б.; Торрес, Дельфим FM (2012). «Дробное вариационное исчисление в терминах обобщенного дробного интеграла с приложениями к физике» . Аннотация и прикладной анализ . 2012 : 1–24. arXiv : 1203.1961 . дои : 10.1155/2012/871912 . S2CID 8270676 .
- ^ Пусех, Шакур; Алмейда, Рикардо; Торрес, Дельфим FM (2012). «Формулы разложения через производные целого порядка для дробного интеграла и производной Адамара». Численный функциональный анализ и оптимизация . 33 (3): 301. arXiv : 1112.0693 . дои : 10.1080/01630563.2011.647197 . S2CID 119144021 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Миллер, Кеннет С. (1993). Росс, Бертрам (ред.). Введение в дробное исчисление и дробные дифференциальные уравнения . Уайли. ISBN 0-471-58884-9 .
- Олдхэм, Кейт Б.; Спаниер, Джером (1974). Дробное исчисление; Теория и приложения дифференциации и интеграции в произвольном порядке . Математика в науке и технике. Том. В. Академическая пресса. ISBN 0-12-525550-0 .
- Подлубный, Игорь (1998). Дробные дифференциальные уравнения. Введение в дробные производные, дробно-дифференциальные уравнения, некоторые методы их решения и некоторые их приложения . Математика в науке и технике. Том. 198. Академическая пресса. ISBN 0-12-558840-2 .
- Херрманн, Ричард (2011). Дробное исчисление. Введение для физиков . Всемирная научная. ISBN 978-981-4340-24-3 .
- Мачадо, Джей Ти; Кирьякова В.; Майнарди, Ф. (2011). «Новейшая история дробного исчисления» (PDF) . Коммуникации в нелинейной науке и численном моделировании . 16 (3): 1140. Бибкод : 2011CNSNS..16.1140M . дои : 10.1016/j.cnsns.2010.05.027 . hdl : 10400.22/4149 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 октября 2013 г. Проверено 2 января 2016 г.
Примечания
[ редактировать ]CRONE (R) Toolbox, набор инструментов Matlab и Simulink, предназначенный для дробного исчисления, можно загрузить по адресу http://cronetoolbox.ims-bordeaux.fr.