Mathématiques pour lingénieur. Exercices et problèmes
SCIENCES SUP. Exercices&Problèmes. MathéMatiquEs. Pour l'ingéniEur. Yves Leroyer. Patrice Tesson. Licence • Écoles d'ingénieurs. Rappels de cours. Méthodes.
MATHÉMATIQUESPOUR LES SCIENCESDE LINGÉNIEUR
tous les domaines des sciences. Des exercices pour s'entraîner. Les solutions sont regroupées en fin d'ouvrage ou disponibles sur le site dunod.com.
The Fixed Point Theorem of Volterra Applied To the Cauchy Problem
12 (Laboratory of Mathematics and Applied Sciences/ University of Ghardaia
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IOSR Journal of Mathematics (IOSR-JM)
e-ISSN: 2278-5728, p-ISSN: 2319-765X. Volume 12, Issue 3 Ver. III (May. - Jun. 2016), PP 89-94 www.iosrjournals.orgDOI: 10.9790/5728-1203038994 www.iosrjournals.org 89 | Page
The Fixed Point Theorem of Volterra Applied To the CauchyProblem
Choucha Abdelbaki1, Guerbati Kaddour2
1,2 (Laboratory of Mathematics and Applied Sciences/ University of Ghardaia, Algerie)
Abstract: In this work we can apply the fixed point theorem of Volterra to the Cauchy problem associated with
1st-order equations:
(1) Keywords: fixed point of Volterra, Cauchy problem, Cauchy sequence, linear application.I. Introduction
The Italian mathematician Vito Volterra (May 3, 1860 - October 11, 1940 in Rome), he puts a fixedpoint theorem, it uses linear applications and transformation then gives the fixed point in the form of a
convergent series.There are theorems of existence and uniqueness of the Cauchy problem associated with 1st-order
equations (Cauchy - Lipchitz, BiCart ...) [2,3,6].In this work we want to apply the fixed point theorem of Volterra to the Cauchy problem associated with 1st-
order equations.II. Fixed Point Of Volterra
1- Theorem: (fixed point of Volterra)
LetBanach space,
, as : (2) Then: transformation defined by: has a unique fixed point defined by: (3)2- Proof :
Existence :
Suppose :
, take a suite as : (4)We have :
(5)By recurrence: (assume (5) are verified for
The Fixed Point Theorem Of Volterra Applied To The Cauchy ProblemDOI: 10.9790/5728-1203038994 www.iosrjournals.org 90 | Page
Therefore (5) is satisfied for
Finally (5) is verified for every
, and the existence of suiteWe will study the convergence of the sequence
(Cauchy sequence).By using (5) we have:
Because the condition (2) we have:
And thereafter
Cauchy in space complete E (Banach).
So: the sequence
converges to defined by: So:Furthermore we have:
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Therefore
is a fixed point of applicationUniqueness:
We assume two fixed points of
And it was.:
So :Hence the uniqueness of the fixed point.
Note :
The fixed point
is a solution of the equation: So : (6) The Condition (2) is equivalent to the existence of the inverse of the operator , or Therefore the theorem Volterra applied to the fixed point equations in the form:With :
, (E is a Banach space).III. Cauchy Problem
Consider the following problem:
(7)Theorem (Cauchy-Lipchitz)[3]
If and if f verified the condition: As:Then the Cauchy problem has a solution which on
We use the lemma Gronwall [9], to ensure la'unicité of the solution.Theorem :[2]
Let the problem (7)
If are continued and bounded at all points of the rectangle The Fixed Point Theorem Of Volterra Applied To The Cauchy ProblemDOI: 10.9790/5728-1203038994 www.iosrjournals.org 92 | Page
i.e: Then the problem (7) has a unique solution on the interval: And after recurrence converges to the exact solution of the problem.IV. Application
Volterra fixed-point theorem is applied to the Cauchy problem associated with the first order equations:
We have :
Applying the fixed point theorem of Volterra to:
(8)Lemma :
If , then the problem (7) has a unique solution defined by:V. Examples
1- Example 1 :
Consider the following problem:
(9)We have:
By Volterra theorem equation
has a unique solution given by: The Fixed Point Theorem Of Volterra Applied To The Cauchy ProblemDOI: 10.9790/5728-1203038994 www.iosrjournals.org 93 | Page
Direct solution:
So the solution is:
2- Example 2 :
Consider the following problem::
We have :
We set :
And according to the Volterra theorem given by the solution:By integrating n times:
And the solution given by:
The Fixed Point Theorem Of Volterra Applied To The Cauchy ProblemDOI: 10.9790/5728-1203038994 www.iosrjournals.org 94 | Page
finally:Direct solution :
Let: homogeneous equation: the method of variation of the constant is used, it is:With the initial condition
, the problem solution given by:VI. Conclusion
The principle of the fixed point is crucial in the area of applications. He took part in the resolution of several
differential equations for the problems of existence and uniqueness.In this work we approach the application in particular the fixed point theorem of Volterra for solving Cauchy
problems associated with 1st -order equations, with application examples. But there are obstacles (if the nonlinear operator , Volterra theorem does not apply, and the applicationin general is difficult to calculate, so we can use a numerical method (a algorithm) to calculate a value
approach with errorReferences
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Grenoble. 1996.
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