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摘要 本报告共分四章。 第一章考虑两类非线性随机泛函微分方程,根据方程的有关系 数,建立了解的随机比较定理,推广和改进了已有文献的结果 第二章研究一类非线性和非齐次随机微分方程的解的随机有界 性,得到了随机有界解存在唯一的充分条件,同时也获得了其平稳解 和周期解存在唯一的充分条件 第三章首先提出了位相型半马尔可夫过程,然后利用马尔可夫化 方法,将马尔可夫调制的各种随机系统的稳定性,推广到位相型半马 尔可夫调制的各种随机系统中。本章分别研究了位相半马尔可夫调制 的线性系统的随机稳定性,带位相半马尔可夫跳跃参数的伊藤随机微 分方程的随机稳定性,以及带位相半马尔可夫跳跃参数和白噪声的容 错控制系统的随机稳定性 第四章考虑马尔可夫调制和带普阿松跳跃的无穷维随机泛函微 分方程,这类目前是最广泛和最复杂的一类模型之一本章获得了这 类方程解的各阶矩的指数稳定性和几乎必然稳定性。 关键词:随机泛函微分方程、比较定理、随机有界、半马尔可夫 过程、位相分布、随机稳定性、几乎必然稳定性、无穷维随机泛函微 分方程。 a b s t r a c t t h i sr e p o r ti so r g a n i z e di n t of o u rc h a p t e r s i nc h a p t e r1 ,w es t u d yt h en o n l i n e a rs t o c h a s t i cf u n c t i o n a ld i f f e r e n t i a le q u a t i o n s t h e c o m p a r i s o n t h e o r e mi nt e r m so f t h ec o e f f i c i e n t sf o rt h es o l u t i o n so f t h ee q u a t i o n s i so b t a i n e d t h ek n o w nr e s u l t sa i ei m p r o v e da n d g e n e r a l i z e d c h a p t e r 2d e a l sw i t ht h ec o n d i t i o n sf o rt h ee x i s t c n c 宅o fa s t o c h a s t i c a l l yb o t m d e d s o l u t i o no ft h en o n l i n e a ra n dn o n h o m o g e n e o n ss t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a le q u a t i o n t h e s t a t i o n a r ya n dp e r i o d i cc a s e sa r ea l s oc o n s i d e r e d i nc h a p t e r3 ,w ef i r s tp u tf o r w a r dt h ec o n c e p to fa p h a s et ) ,p es e m i - m a r k o v i a n p r o c e s s t h e nb yu s i n g t h em a r k o v i z a t i o nm e t h o dw et r a n s f o h l lt h e s t a b i l i t yo f s o m e s t o c h a s t i cs y s t e m s 、i t l lm a r k o v i a ns w i t c h i n gt ot h a to ft h es t o c h a s t i cs y s t e m sw i t l l p h a s et y p es e m i m a r k o v i a ns w i t c h i n g i nt h i sc h a p t e rw ef o c u so nt h es t o c h a s t i c s t a b i l i t yo fl i n e a rs y s t e m sw i t hp h a s et y p es e m i m a r k o v i a ns w i t c h i n g ,o ft h ei t o s t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a l e q u a t i o n sw i t hs e m i m a r k o v i a nj u m pp a r a m e t e r s ,a n do ft h e s t o c h a s t i cf a u l tc o n t r o ls y s t e m sw i t hs e m i - m a r k o v i a n j u m p p a r a m e t e r sa n d n o i s e i n c h a p t e r4 ,w ec o n s i d e r t h ei n f i n i t ed i m e n s i o n a ls t o c h a s t i c f u n c t i o n a l d i f f e r e n t i a le q u a t i o n s 、i mp o i s s o nj u m p sa n dm a r k o v i e n s w i t c h i n g , w h i c hi so n eo f t h em o s tg e n e r a la n dc o m p l i c a t e dm o d e l s t h ee x p o n e n t i a ls t a b i l i t ya n da l m o s t 鼬黼 s t a b i l i t yo f t h ep t hm o m e n t o f t h es o l u t i o i l sa r cs t u d i e d k e yw o r d s :s t o c h a s t i cf u n c t i o n a ld i f f e r e n t i a le q u a t i o n ;c o m p a r i s o nt h e o r e m ; s t o c h a s t i c a l l yb o u n d e ds o l u t i o n ;s e m i m a r k o v i a np r o c e s s ;p h a s et y p ed i s t r i b u t i o n ; s t o c h a s t i cs t a b i l i t y ;a l m o s ts u r es t a b i l i t y ;i n f i n i t ed i m e n s i o n a ls t o c h a s t i cf u n c t i o n a l d i f f e r e n t i a le q u a t i o n c h a p t e r1 s t o c h a s t i cc o m p a r i s o no f s o l u t i o n s o fs t o c h a s t i cf u n c t i o n a l d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n s s t o c h a s t i cc o m p a r i s o no fs o l u t i o n so f n o n l i n e a rs t o c h a s t i cf u n c t i o n a ld i f - f e r e n t i a le q u a t i o n sw i t hd i f f e r e n td r i f ta n dd i f f u s i o nc o e m c i e n t si so b t a t n e d , t h ek n o w nr e s u l t sa r eg e n e r a l i z e da n d i m p r o v e d 1i n t r o d u c t i o n i ti sw e l l - k n o w nt h a tc o m p a r i s o nt h e o r e m s r e p r e s e n tau s e f u lt 0 0 1i nt h e t h e o r yo f d i f f e r e n t i a le q u a t i o n sb o t hi nt h ed e t e r m i n i s t i c a n di nt h es t o c b a s t j c c a s e a f i r s tc o m p a r i s o nt h e o r e mf o ro r d i n a r ys t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a le q u a t i o n s w a sp u b l i s h e db ys k o r o h o d 5 5 】i n 1 9 6 1 a sac o n s e q u e n c eo ft h ee n 啡 m o n s p r o g r e s si ns t o c h a s t i ca n a l y s i sh i sr e s u l tw a s g e n e r a l i z e da n de x t e n d e d b yv a m a d a 6 2 1 ,m a l l i a v i n 3 9 ,i k e d a 2 1 ,a n dm a n yo t h e r s f o re x m n n p h , i k e d a 2 1 】s t u d i e dt h et e m p o r a l l yh o m o g e n e o u ss t o c h a s t 沁d i 髓r e n t i a ie a u a - 1 t i o n sw i t ht h es a m ed i f f u s i o nt e r m s ;f e r r e y r a 1 4 ,g a l c h u k 1 7 ,h u a n g 2 0 a n d0 b r i e n 4 9 1c o n s i d e r e dt h et e m p o r a l l yh o m o g e n e o u ss t o c h a s t i cd i f f e r e n t i me q u a t i o n sw i t ht h ed i f f e x e n td i f f u s i o nt e r m s ;a b u n d o 1 】a n dg e i s s 1 8 】 i n v e s t i g a t e dn o n h o m o g e n e o u ss t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a le q u a t i o n sw i t ht h ed i f - 巳r e n td r i f ta n dd i f f 嚼i o nt e r m s c o n s i d e r i n g t h ee f f e c to f t h et i m e d e l a y , m a l z e n b e r g 3 8 r e c e n t l y m a d et h e f i r s ta t t e m p tt os t u d yt h ec o m p a r i s o n0 fs o l u t i o n so fs t o c h a s t i cf u n c t i o n a l d i f f e r e n t i a le q u a t i o n s h o w e v e r ,m a i z e n b e r g 3 8 o n l yf o c u s e do nt h ec a s e w h e nt h ed i f f u s i o nt e r m s 珊t h e8 鼬e + i nt h ep r e s e n tp a p e r 。w ew i l lc o n s i d e r t h en o n l i n e a rn o n h o m o g e n e o n ss t o c h a s t i cf u n c t i o n a ld i f f e r e n t i a le q u a t i o n s w i t hd i f f e r e n td d f ta n dd i f f u s i o nt e r m s t h ec o n d i t i o n si nt e r m so ft h ed r i f t a n dd i f f u s i o nc o e f f i c i e n t sf o rc o m p a r i s o no ft h es o l u t i o n so ft h e s ee q u a t i o n s a r ef o r m u l a t e d o u rr e s u l tg e n e r a l i z ea n d i m p r o v e s t h er e s u l t so f 【1 1a n d f 3 8 】 2m a i nr e s u l t s c o n s i d e rt h ef o l l o w i n gt w os t o c h a s t i cd e l a yd i f f e r e n t i a le q u a t i o n s r d x ( t ) _ 6 纯州曲 皿扣o ,即) ) 州砷, ( 1 ) l 函= ,( $ ) ,8 【- h ,0 】, a n d r d r ( 幻= c m y ( 幻戌渺忡( t h t ) m o ) ( 2 ) ly o = 9 ( 8 ) ,8 【- h ,o 】, w h e r e 五= x ( t + 口) ,k = r ( t + 口) ,t r + ,b 卜h ,o 】i sd e l a y , w ( t ) i s s t a n d a r dw i e n e rp r o c e s s ,口a r ec o n t i n u o u sf u n c t i o n so nf - h ,0 1 w em a k e t h ef o l l o w i n ga s s u m p t i o n so i lt h ec o e f f i c i e n t s : 2 1 6 ( t ,妒( 一) ) 一6 ( ,玑妒( ) i + i c ( t ,茹,妒( 口) ) 一c ( t ,妒( 口) ) l ( 3 ) 沌霸妒) f + 讹毛妒p ) ) + 讯$ ) + 盹霉) 【4 ) ( t 忍似净。器奏一 ,i r 。盯( t ,u ) a 口( t ,“) 一n o ,喾) a 仃( t 。 ) 。 1 , j ,( o ) 盯怫“j 3 雄 卯) ) 垒。箨主一 。厂。l “( t ,“) a 口( t ,“) 一a ( t ,u ) 鼠弘o ,u ) j 。, j ,( o )旷怫u j 1 5 ( t ,窖,妒徊) ) 5 ( t ,l f ,妒( ) l + 睁( t ,毒) 一n ( t ,l ,) l f 9 ) i 云( t ,孔妒( 口) ) 西( 。,y ,妒( ) l + i 口( t , x ) 一a ( t ,暑,) f n 0 1 o i i ) v t 20 ,y z r ,肇( 功。p ( 毋c - h ,o j ,0 冬0 ,矿妒p ) 妒( 口) ,t h e n 砾,z ,妒( 口) ) - ( t ,1 i p ( 口) ) ( 1 2 ) i na d d i t i o n , s u p p o s et h a t ,d ra l l t 0a n d 茁r 裂 。,渊 。, , 厶渊砒厶嬲妇 , t h e n ,妒i n i t i a lc o n d i t i o n s ,( s ) ,夕( 8 ) c - h ,o 】s a t i s l yt h a t ,g ,加rt h e s o l u t i o n so fe q u a t i o n 。 i ) a n d1 2 1 t h ei o l i o w i n gh o l d s : p x o ) 1 ,( t ) ,v t o ,= 1 ( 1 5 ) p r o o fw ea 鹤u m et h a t ( o ) = 9 ( o ) :i ff ( 0 ) 仉 ( 1 6 ) i ,( t ) ,t i - h ,0 】, g c t , x ) = 泓粼妣纶o , ( 1 7 ) l9 ( t ) ,t 【- h ,0 1 f r o mc o n d i t i o n ( 1 3 ) ,w eg e tt h a t 餐 0 ,筹 0 n o wf i x e dt 0 ,f o r a n yz 正竺 名:g = f ( t ,霉) ,f o r8 哪e 霉r t h e r ee x i s t s au n i q u e z = z ( 孑) s u c ht h a tf c t ,z ) = z ;a n a l o g o u s l yf o ra n y 一z 兰 ,:一= g ( t ,霉) ,f o rs o m e 嚣r t h e r e e x i s t sau n i q u ez = 善( ,) s u c ht h a tc ( t ,z ) = z t d e f i n et h ep r o c e s s e sx l ( t ) a n dh ( t ) b y x d t ) = f ( t ,x ( t ) ) h ( t ) = a ( t ,y ( t ) ) b y i t 5 f o r m u l a ,w e g e t f o r f i x e d t 0 d x l ( t ) = 5 ( t ,x c t ) ,咒) i l d t + a ( t ,x ( t ) ) d ( t ) , d k ( t ) = e ( t ,y ( t ) ,y o , d t + a ( t ,x ( 1 ) ) c 地j ( t ) ,( 2 1 ) w h 戗e6 ( t x ( o ,x d h 舶e a t h a t6 ( t ,x ( o ,x 1 ) i 8c a l e u | a t e di n ( t ,x ( t ) ,x ) s u c ht h a tf ( t ,x ( t ) ) = x l ( t ) ,a n d ( f ,y ( t ) ,k ) f lm e a n st h a t ( t ,y ( t ) ,k ) i s c a l c u l a t e di n ( y o ) ,y t ) s u c ht h a tc ( t ,l ,( t ) ) = m ( t ) n o w ,托( ) a n dm ( t ) a r e t h es o l u t i o n so fs t o c h a s t i cf u n c t i o n a ld i f f e r e n t i a le q u a t i o n sw i t ht h es a m ed i f f u s i o nt e r m sa n di n i t i a lc o n d i t i o n sl ( t ) a n d 5 錾: 9 ( t ) ,t 【- h ,0 】,r e s p e c t i v e l y b yt h er e c e n tr e s u r so f 【3 8 ,w eh a v e p x l ( t ) s h ( t ) ,v t 20 l = 1 o nt h eo t h e rh a n d ,w ec l a i mt h a tf o rf i x e dt ( 2 2 ) f ( f ,霉) c ( t ,v ) 垮霉s l f ( 2 3 ) i nf a c t ,b yt h ec o n d i t i o n ( 1 4 ) ,i tf o l l o w st h a tf ( t ,v ) o ( t ,挈) ,8 0f ( t ,z ) g ( t ,们f ( t ,) ,a n ds i n c ef ( t 功i si n c r e a s i n gw i t hr e s p e c tt ot h es e c o n d v a r i a b l e , t h i si m p l i e s 霉si ,c o m b i n g 而t h ( 2 2 ) a n d ( 2 3 ) ,w eh a v ex ( t ) y ( t ) w i t hp r o b a b i l i t y1f o r a l lt 0 _ r e m a r k2 i nt h ec a s ew h e nh = 0 ,t h a ti s ,t h es t o c h a s t i cf u n c t i o n a le q u a - t i o n s ( 1 ) a n d ( 2 ) r e d u c e t ot h es t o c h a s t i co r d i n a r yd i f f e r e n t i a le q u a t i o n s ,o u r r e s u l tt h e o r e m1w i t ha ( t ,z ) ;以i sr e d u c e dt ot h e o r e m2 1i nf 1 】s oo u r r e s u l tg e n e r a l i z ea n di m p r o v e st h em a i nr e s u l ti nf l 】 r e m a r k3 i nt h ec a s ew h e no ( t ,茹) 岂扯( t ,z ) ,t h a ti s ,t h es t o c h a s t i cr u n e t i o n a ie q u a t i o n s ( 1 ) a n d ( 2 ) w i t hd i f f e r e n td i f f u s i o nt e r m sa r er e d u c e dt o s t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a le q u a t i o n s ,w i t ht h es a m ed i f f u s i o nt e r m i fw ec h o o s e a ( t ,茹) = 口( t ,z ) ,t h e no u r r e s u l tt h e o r e m1i st h es a m eo n e 嬲t h et h e o r e m i n 3 8 1 s oo t l r - e s u l tg e n e r a l i z ea n di m p r o v e st h em a i n r e s u l ti n 【3 8 1 6 c h a p t e r 2 s t o c h a s t i c a l l yb o u n d e d s o l u t i o n so fa n o n l i n e a rs t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a l e q u a t i o n s c o n d i t i o n sf o rt h ee x i s t e n c eo fas t o c h a s t i c a l l yb o u n d e ds o l u t i o no fa n o n l i n e a rn o n h o m o g e n e o u ss t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a le q u a t i o na r ef o u n d t h e s t a t i o n a r ya n dp e r i o d i cc a s e sa x e a l s oc o n s i d e r e d t h er e s u l t si n 【2 3 】( t h e o r p r o b a b i l i t ya n dm a t h s t a t i s t ,6 8 ( 2 0 0 4 ) ,4 1 4 8 ) a r eg e n e r a l i z e d 1i n t r o d u c t i o n t h eq u a l l t a t i v eb e h a v i o ro fs o l u t i o n so fs t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a le q u a t i o n s h a sr e c e n t l yb e e ns t u d i e di n t e n s i v e l y o n ep r o b l e mt h a th a sb e e no fp e r m a - r e n ti n t e r e s ti st of i n dc o n d i t i o n sf o rt h ee x i s t e n c eo fs t o c h a s t i c a l l yb o u n d e d s o l u t i o n s ,e s p e c i a l l yi nv i e wo ft h ef a c ts t a t i o n a r ya n dp e r i o d i cs o l u t i o n s p o s s e s st h i sp r o p e r t y v e r yr e c e n t l y , i l c h e a k o 2 3 1c o n s i d e r e da l i n e a rn o n h o m o g e n e o u ss t o c h a s - t i cd i f f e r e n t i a le q u a t i o n a n do b t a i n e ds o m ec o n d i t i o n sf o rt h ee x i s t e n c eo fa 7 s t o c h a s t i c a l l yb o u n d e ds o l u t i o na n dap e r i o d i c ( a n ds t a t i o n a r y ) s o l u t i o n i t t u r n so u tt h a tt h ea b o v ee x i s t e n c e sd e p e n do nw h e t h e ras o l u t i o no ft h eh o - m o g e n e o u s s t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a le q u a t i o ni se x p o n e n t i a l l yp - s t a b l ef o rs o m e p 0 ( s e e 【5 4 】f o rt h ed e f i n i t i o n ) i nt h ep r e s e n tp a p e r ,m o t i v a t e db y 【2 3 ,w ec o n s i d e ran o n f i n e a ra n d n o n h o m o g e n e o u s s t o c h a s t i cd i f f e r e n t i a le q u a t i o n w ea l s os t u d yt h ee x i s t e n c e p r o b l e mo ft h es t o c h a s t i c a l l yb o u n d e ds o l u t i o no ft h ek i n d o u rr e s u l t s g e n e r a l i z et h ek n o w n r e s u l t si n 【2 3 1 2m a i nr e s u l t s c o n s i d e rt h es t o c h a s t i cd i f i e r e n t i a le q u a t i o n m d z ( t ) = f ( t ,。( t ) ) d t + g ( t ,卫( t ) ) d ( t ) , ( 1 ) = l w h e r e 甜 ( t ) ,= 1 ,2 ,- 一,仇,& r eo n ed i m e n s i o n a lw i e n e rp r o c e s s e s ;f ( t ,) a n dg i o ,) ,后= 1 ,2 ,- 一,m ,t 冗,a r ec o n t i n u o u sr e r df u n c t i o n s ,w h i c h s a t i s f yf o ra l lt ,g r , f f ( t ,$ ) 一b x i 冬i l ( t ) l ,( 2 ) f g k ( t ,z ) 一以立i ( t ) i ( 3 ) h e r e 坟以,七= 1 ,2 ,m ,a r er e a lc o n s t a n t s ,( t ) ,甄( t ) ,七= 1 ,2 ,m ,t r ,a r eb o u n d e d c o n t i n u o u sr e a lf u n c t i o n sa n d s a t i s f ys u p t e r i ( t ) l ,【) f ;= 1 ,2 ,m ) sk ;o a b i n 【2 3 】,w ec o n s i d e rt h ec o r r e s p o n d i n gh o m o g e n e o u se q u a t i o n 砒= b h * d t + a k h o d w k ( t ) ,。t , ( 5 ) 量= 1 w i t ht h ei n i t i a lc o n d i t i o n 九i2 1 - o b v i o u s l y , e q u a t i o n ( 5 ) h a s as o l u t i o n 越= 唧卜卅砉叽叫钏 , w h e r e t n 7 垒b 一2 。1 ( 7 ) f o ra na r b i t r a r y p r , 靴一”扩1 副c 一卜 t h e s o l u t i o n ( t ) ,8st ,t r ,o fe q u a t i o n ( 1 ) c a nb er e p r e s e n t e di nt h e f o l l o w i n gf o r m ( t ) = 碡 却) + z ( h d 一渊叩) 地( “) 一o k ( g ( u , x ( t i ) ) 吼$ o ) ) l d u ( 9 ) +妻,僻)-l喜(嘶,嘶)-otx(u)dwk(u)k=1) + ( 鳞) 。1 ( 郴( 杜) ) o5 七= 1 j t h e f o r o w i n g t w ol e m m a sa r ef r o m 【2 3 1 ,w h i c ha r ee s s e n t i a li nt h ep r o o f 9 l e m m a1 a s s u r n et h a t 妒( ”dc o n t i n u o u sf u n c t i o no nt r t h e nt h e o l l o w i n 9r e d e r s ei n t e g r a t ef o r r n u l ah o l d si o rs t o c h o s t i ei n t e g n x t e 8w i t hss t : l :,( 。u ,- - 1 妒( ) d w k ( 让) = = 一z :妒( u ) d t “( 让) 一。f 3 圮妒( ) d ( 1 。) l e m m a2 a s s u m et h a t ,y 0a n d 妒【0 snc o n t i n u o u 9 u n c t i o ns u c ht h a t 8 u p t 矗l 妒( t ) f k + 。o t h e n ( 1 ) ,o rr = 1 ,2a n d0 0a n d 0 矿2 1 s 一“ ( ) l ,l t h + 1 )j 如ra l l t r ,n oa n d p o s i t i v ei n t e g e r t l i ( 2 ) t h ef o l l o w i n gt w ol i m i t s 骢z 砖妒( u ) 如2z 醚妒( ) d u ( 1 2 ) ,5,一 。里z h 知( u ) d w t ( ) 2 j(砭妒(牡)dwk(oo 让) ,一 曲ta l m o s ts u r e l y o ra l lt r r e s p e c t i v e l y ( 1 3 ) - 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