Периодичность решений системы Ляпунова.

Докажем теперь, что существует периодическое решения системы (1.8) для достаточно малых значений . И что это решение ─ периодические функции . Для этого достаточно доказать, что фазовые траектории в плоскости замкнутые и сохраняет знак. Для этого введём полярные координаты

;

и заметим, что любая замкнутая траектория должна быть периодической функцией аргумента . Составим выражение для :

(1.11)

Здесь ─ аналитическая функция , разложение которой имеет вид

Следовательно, в формуле (1.11) функция может быть представлена в виде ряда

,

причем, все коэффициенты ─ полиномы от и , т. е. периодические функции . Таким образом, выражение (1.11) можно переписать так:

Это равенство мы можем рассматривать как уравнение для определения .

Используя аналитичность функций, которые в него входят, будем функцию разыскивать в виде ряда

, i =1, 2. (1.12)

Прямым вычислением убеждаемся в том, что коэффициенты в разложении (1.12) являются полиномами от и . Так, например,

,

Таким образом, коэффициенты ─ степенные функции коэффициентов , а последние в свою очередь являются полиномами от и . Вследствие такой структуры коэффициентов ряд (1.12) определяет периодическую функцию периода , т. е. при изменении на величина возвращается к своему исходному значению. Если при этом окажется, что сохраняет знак, то это и будет означать, что фазовая траектория замкнутая.

Таким образом, решения системы (1.8) ─ функции и ─ будут периодическими функциями времени.

Функции и являются аналитическими по параметру . В самом деле, в силу аналитичности правых частей системы (1.8) её решения будут аналитическими функциями начальных значений

, .

Постоянная так же определяется этими значениями

. (1.13)

Так как правые части системы (1.8) не зависят от времени, то без ограничений общности начальные условия можно записать в виде

, . (1.14)

Отсюда видно, что решения системы (1.8) представляют собой аналитические функции .