Gronwall型不等式

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
RDS MySQL Serverless 高可用系列,价值2615元额度,1个月
简介: Problem. Suppose $x(t)\in C[0,T]$, and satisfies $$\bex t\in [0,T]\ra 1\leq x(t)\leq C_1+C_2\int_0^t x(\tau)[1+\log x(\tau)]\rd \tau.

Problem. Suppose $x(t)\in C[0,T]$, and satisfies $$\bex t\in [0,T]\ra 1\leq x(t)\leq C_1+C_2\int_0^t x(\tau)[1+\log x(\tau)]\rd \tau. \eex$$ Prove:   

(1)    $x(t)$ is bounded on $[0,T].$

(2)    This is in stark contrast to the estimates like: $$\bex x(t)\leq C_1+C_2\int_0^t x^{1+\ve}(\tau)\rd \tau, \eex$$ which allows blowup of $x$ in finite time. Show that such blowup can happen for $\ve=2$.

 

Proof. We first show the Gronwall inequality: $$\bee\label{182.Gronwall} \left.\ba{rr} f(t)\leq C_1+C_2\int_0^t g(s)f(s)\rd s\\ g\geq 0,\ \int_0^T g(t)\rd t<\infty \ea\right\}\ra f(t)\leq C_1e^{C_2\int_0^t g(s)\rd s}<\infty. \eee$$ Indeed, $$\beex \bea &\quad\ f(t)\leq C_1+C_2\int_0^t g(s)f(s)\rd s\\ &\ra \frac{C_2g(t)f(t)}{C_1+C_2\int_0^t g(s)f(s)\rd s}\leq C_2g(t)\\ &\ra \ln \frac{C_1+C_2\int_0^t g(s)f(s)\rd s}{C_1}\leq C_2\int_0^t g(s)\rd s\quad\sex{integrating}\\ &\ra C_1+C_2\int_0^t g(s)f(s)\rd s\leq C_1e^{C_2\int_0^tg(s)\rd s}\\ &\ra f(t)\leq C_1e^{C_2\int_0^tg(s)\rd s}. \eea \eeex$$    Then we return to the problem.   (1) $$\beex \bea &\quad\ x(t)\leq C_1+C_2\int_0^t x(\tau)[1+\log x(\tau)]\rd \tau\\ &\ra x(t)\leq C_1e^{C_2\int_0^t[1+\ln x(\tau)]\rd \tau}\quad(\eqref{182.Gronwall})\\ &\ra \ln x(t)\leq \ln C_1+C_2\int_0^t[1+\ln x(\tau)]\rd \tau\\ &\ra \ln x(t)\leq \ln C_1+C_2T+\int_0^t \ln x(\tau)\rd \tau\\ &\ra \ln x(t)\leq (\ln C_1+C_2T)e^{\int_0^t\rd \tau}\quad(\eqref{182.Gronwall}\ again)\\ &\ra x(t)\leq e^{(\ln C_1+C_2T)e^T}<\infty. \eea \eeex$$

(2) Suppose now $$\bex x(t)\leq C_1+C_2\int_0^t x^{2}(\tau)\rd \tau. \eex$$ Let $$\bex f(t)=C_1+C_2\int_0^t x^{2}(\tau)\rd \tau. \eex$$ Then $$\beex \bea &\quad f'(t)=C_2x^2(t)\leq C_2f^2(t)\\ &\ra -\frac{f'(t)}{f^2(t)}\geq -C_2\\ &\ra \frac{1}{f(t)}-\frac{1}{f(0)}\geq -C_2t\\ &\ra f(t)\leq \frac{f(0)}{1-C_2f(0)t}\\ &\ra x(t)\leq f(t)\leq \frac{C_1}{1-C_2C_1t}. \eea \eeex$$ Thus $x(t)$ may blowup at $\dps{t=\frac{1}{C_2C_1}}$.   

 

来源: 家里蹲大学数学杂志第3卷第182期_Blowup_or_Bounded

相关实践学习
如何在云端创建MySQL数据库
开始实验后,系统会自动创建一台自建MySQL的 源数据库 ECS 实例和一台 目标数据库 RDS。
全面了解阿里云能为你做什么
阿里云在全球各地部署高效节能的绿色数据中心,利用清洁计算为万物互联的新世界提供源源不断的能源动力,目前开服的区域包括中国(华北、华东、华南、香港)、新加坡、美国(美东、美西)、欧洲、中东、澳大利亚、日本。目前阿里云的产品涵盖弹性计算、数据库、存储与CDN、分析与搜索、云通信、网络、管理与监控、应用服务、互联网中间件、移动服务、视频服务等。通过本课程,来了解阿里云能够为你的业务带来哪些帮助 &nbsp; &nbsp; 相关的阿里云产品:云服务器ECS 云服务器 ECS(Elastic Compute Service)是一种弹性可伸缩的计算服务,助您降低 IT 成本,提升运维效率,使您更专注于核心业务创新。产品详情: https://www.aliyun.com/product/ecs
目录
相关文章
92. 递归实现指数型枚举
92. 递归实现指数型枚举
|
7月前
递归实现指数型枚举
递归实现指数型枚举
32 0
线性代数(七)对称矩阵和二次型
线性代数(七)对称矩阵和二次型
163 0
|
数据挖掘
[概率论]-离散型随机变量·二项分布
[概率论]-离散型随机变量·二项分布
146 0
|
机器学习/深度学习
离散型随机变量和连续型随机变量及其常见分布(上)
离散型随机变量和连续型随机变量及其常见分布
离散型随机变量和连续型随机变量及其常见分布(下)
离散型随机变量和连续型随机变量及其常见分布
|
人工智能 开发者
离散型随机变量 | 学习笔记
快速学习离散型随机变量
离散型随机变量 | 学习笔记
|
人工智能 开发者 Python
二维离散型随机变量 | 学习笔记
快速学习二维离散型随机变量
二维离散型随机变量 | 学习笔记