奇摄动问题是国际数学界研究的热点问题, 奇摄动方程组渐近解与小迟滞问题渐近解都是热点问题之一, 如O'malley[1]研究的方程组的初值问题、方程组的边值问题以及具有一个小参数的微分-差分方程的解, 陈育森研究的双参数非线性积分微分方程组奇摄动边值问题[2], 唐荣荣研究的一类非线性方程组的奇摄动问题[3], 吴钦宽研究的伴有边界摄动非线性积分微分方程系统的奇摄动[4], 欧阳成研究的一类非线性方程组的奇摄动初值问题[5]和有一个参数的小延迟的微分-差分方程渐近解[6], 莫嘉琪研究的一个参数的奇摄动时滞反应扩散方程渐近解[7].本文把方程组和迟滞问题同时考虑, 研究含有小迟滞的奇摄动方程组初值问题的渐近解.
问题
其中 $0 < \varepsilon\ll 1$.
为了叙述方便, 现作如下假设:
[H1] (1.1)-(1.4) 的退化问题
在某个区间 $0\leq t\leq T$上存在唯一的连续可微解 $X_{0}(t), Y_{0}(t)$;
[H2] $f, g $在所考虑的区域内关于其变元无限可微;
[H3]存在正常数 $k>0, $有
当 $\mid y\mid < \mid X_{0}'(0)\mid+\mid X_{0}'(0)-\phi'(0)\mid$, 有
当 $\mid z\mid < \mid Y_{0}'(0)\mid+\mid Y_{0}'(0)-\psi'(0)\mid$, 有
[H4] $f_{3}'(X_{0}(t), X_{0}'(t), $ $Y_{0}'(t ))\neq0, $ $ 1-f_{2}'(X_{0}(t), X_{0}'(t), $
设问题(1.1)-(1.4) 的解为
其中 $\tau=\frac{t}{\varepsilon}$, 问题(1.1)-(1.4) 在远离 $t=0$且 $t>0$处外部解为
在 $t=0$处 $x(t), y(t)$边界层校正项分别为
把(2.2) 式代入(1.1), (1.2) 式得
所以
这里 $i=1, 2, 3, \cdots, $且 $A_{i}(t) , B_{i}(t)$是逐次确定的光滑函数.把(2.1) 式代入(1.3), (1.4) 式, 得
下面求 $u_{i}(0), v_{i}(0)(i=0, 1, 2, \cdots).$把(2.1) 式代入(1.1), (1.2) 式得
当 $0 < \tau \leq1$时,
当 $\tau\geq1$时,
所以 $\dot{u}_{0}(\tau), \dot{v}_{0}(\tau)$为分段常数.对于非负整数 $p, p\leq\tau\leq p+1.$记
因为当 $\tau\rightarrow\infty$时, ${u}_{0}(\tau)\rightarrow 0, {v}_{0}(\tau)\rightarrow 0$, 所以
同时
这里 $M^{i}_{p}(\tau), N^{i}_{p}(\tau)$是依次确定的函数, 并且当 $\tau$取整数值时, $\dot{u}_{i}(\tau), \dot{v}_{i}(\tau)$一般是间断的.所以
当 $\tau\rightarrow\infty$时, $u_{i}(\tau)\rightarrow0, v_{i}(\tau)\rightarrow0, $所以
又因为[H3], $\dot{u}_{i}(\tau), \dot{v}_{i}(\tau)(i=0, 1, 2\cdots)$都是指数性小项, 且
所以 $u_{i}(\tau), v_{i}(\tau)(i=0, 1, 2\cdots)$都是指数性小项, 且 $v_{i}(0)(i=0, 1, 2\cdots)$是有限值[1].这样就可以利用(2.5)-(2.7) 式与[H4]依次得 $X_{i}(t), Y_{i}(t)(i=1, 2, \cdots)$.因此原方程的内部解、外部解都可依次解出, 从而得到原方程的渐近解.
定理 在[H1]-[H4]下, 在 $0\leq t\leq T$上, 问题(1.1)-(1.4) 有唯一解
其中 $\tau=\frac{t}{\varepsilon}$.