Рассмотрим при
![$t\ge 0$ $t\ge 0$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/1/1/41163b95295e685e3f25bc73af21a8fb82.png)
следующую задачу
![$\dot x(t)=x(x(t)),\quad x(0)=c>0$ $\dot x(t)=x(x(t)),\quad x(0)=c>0$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/1/2/b12325197e53bb67f4ade9b23fbe240b82.png)
(Она обсуждалась на этом форуме)
Заметим, что если
![$x(t)$ $x(t)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/9/2/f92a2fed82f1dacdec6e4d5a05fbbf9782.png)
-- решение, то должно быть определено
![$x(c)$ $x(c)$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/0/1/5013c2845fe9412705f4ee52f8525b0782.png)
иначе правая часть уравнения не имеет смысла при
![$t=0$ $t=0$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/c/8/1c899e1c767eb4eac89facb5d1f2cb0d82.png)
. Таким образом решение задачи следует рассматривать на промежутке не меньшем чем
Теорема. Если
![$c>1$ $c>1$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/9/b/c9b50b995e129dd15e46615577111a7582.png)
то решений задача не имеет.
Доказательство разобьем на несколько утверждений.
Предположим существует решение
![$x(t)$ $x(t)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/9/2/f92a2fed82f1dacdec6e4d5a05fbbf9782.png)
.
Утв. 1. Решение
![$x(t)>0$ $x(t)>0$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/4/3/e43e210691077e6cbbe2378806ed796082.png)
на всем своем промежутке существования.
Док-во.
Предположим
![$x(t)$ $x(t)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/9/2/f92a2fed82f1dacdec6e4d5a05fbbf9782.png)
-- решение. Покажем, что
![$x(t)> 0$ $x(t)> 0$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/c/5/8c532befd0ef8a94de02e76b45c328e882.png)
. Действительно, допустим найдется точка
![$t'$ $t'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/0/1/3017b5535fbc7d4cce65784dfe8fb22b82.png)
в которой
![$x(t')=0$ $x(t')=0$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/5/a/c5a099fd593372dc21cd3e9d6129887382.png)
и
![$x(t)>0$ $x(t)>0$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/4/3/e43e210691077e6cbbe2378806ed796082.png)
при
![$t\in [0,t')$ $t\in [0,t')$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/6/2/4622e1ed5e6ee96cb50b5884589d0f0a82.png)
.
Тогда
![$\dot x(t')=c>0$ $\dot x(t')=c>0$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/9/6/896585bb08ab479c449718048bce79f582.png)
и
![$x(t)$ $x(t)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/9/2/f92a2fed82f1dacdec6e4d5a05fbbf9782.png)
возрастает в окрестности
![$t'$ $t'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/0/1/3017b5535fbc7d4cce65784dfe8fb22b82.png)
, что невозможно. чтд
Утв. 2.
![$\dot x(t)\ge c$ $\dot x(t)\ge c$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/d/b/6db23f5a68402abe1bd42f97c8104abc82.png)
на всем своем промежутке существования.
Док-во.
Из предыдущего Утв. следует, что
![$\dot x(t)>0$ $\dot x(t)>0$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/2/7/92767ad08e500c591b25207f5caaea2882.png)
следовательно решение возрастает, но т.к.
![$x(0)=c$ $x(0)=c$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/d/1eda71453c45913e7722be4f73311cd882.png)
, имеем
![$x(t)\ge c$ $x(t)\ge c$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/a/a/7/aa70a88864f3290404a7a4ba3561b22082.png)
и соответственно
![$\dot x(t)\ge c$ $\dot x(t)\ge c$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/d/b/6db23f5a68402abe1bd42f97c8104abc82.png)
. чтд
Утв. 3. Если
![$c\ge 1$ $c\ge 1$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/7/f/0/7f0443407ef362b08242e65862ef784a82.png)
то решение, коль скоро оно существует, определено на
![$[0,+\infty)$ $[0,+\infty)$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/7/1/c71819fe2a1f68d7e6a7880bd9fd5afa82.png)
.
Док-во.
Следует из Утв. 2 и самой задачи. чтд
Док-во теоремы.
Проверим по индукции, что
![$x(t)\ge c^nt+c$ $x(t)\ge c^nt+c$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/d/b/bdb795897ff2878dc02b588e618232b282.png)
при любом
![$t>0$ $t>0$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/c/2/ec2b6a3dd78e3d7ba87ab5db40c0943682.png)
и любом
![$n\in\mathbb{N}$ $n\in\mathbb{N}$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/a/9/9a9eea106fd837c0267139545133fe4e82.png)
. Эта формула очевидно противоречива.
Из Утв. 2 следует, что
![$x(t)\ge ct+c$ $x(t)\ge ct+c$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/7/f/47f7b06aeea9dc63cc96cb6a52b9a9ca82.png)
.
Предположим, неравенство верно для
![$n$ $n$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/5/a/55a049b8f161ae7cfeb0197d75aff96782.png)
, тогда, получаем:
![$x(x(t))\ge c^nx(t)+c\ge c^{2n}t+c^{n+1}+c $ $x(x(t))\ge c^nx(t)+c\ge c^{2n}t+c^{n+1}+c $](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/d/6/0d6192ac059f1436821406e6ec91987682.png)
, тогда само уравнение дает:
![$x(t)\ge c+c^{n+1}t+...$ $x(t)\ge c+c^{n+1}t+...$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/7/7/c/77c4b0acab112b19f2effd80a432174d82.png)
чтд