Функция Ляпунова, «вторая метода Ляпунова»

 

Рассмотрим автономную систему и

функцию .

Назовем эту функцию знакоположительной, если ,

знакоотрицательной, если

Назовем функцию положительно определенной, если

она знакоположительна,

Назовем функцию отрицательно определенной, если

она знакоотрицательна,

Назовем функцию знакоопределенной, если она является отрицательно определенной или положительно определенной.

 

Введем производную функции в силу системы : . Заметим, что . Поэтому, если , то угол между градиентом V и вектором правых частей системы тупой. Следовательно, убывание функции V соответствует движению по фазовым траекториям внутрь линии уровня =С.

На этом основан метод функций Ляпунова. Этот метод сводится к трем теоремам Ляпунова.

Теорема Ляпунова об устойчивости. Пусть существует функция (функция Ляпунова), положительно определенная и имеющая знакоотрицательную в некоторой окрестности точки .

Тогда тривиальное решение автономной системы устойчиво по Ляпунову.

Теорема Ляпунова об асимптотической устойчивости. Пусть существует функция , положительно определенная и имеющая отрицательно определенную в некоторой окрестности точки .

Тогда тривиальное решение автономной системы асимптотически устойчиво по Ляпунову.

Теорема Ляпунова о неустойчивости. Пусть . Пусть знакоопределена в некоторой окрестности точки . Если в любой окрестности точки найдутся такие точки, в которых знаки и совпадают, то тривиальное решение автономной системы неустойчиво.

Пример.

 

Выберем

положительно определена, отрицательно определена. Поэтому тривиальное решение асимптотически устойчиво.

 

Пример.

Выберем

и положительно определены, поэтому тривиальное решение неустойчиво.