§3 沃尔泰拉积分方程
[第二类沃尔泰拉积分方程] 一维的第二类沃尔泰拉方程为
(1)
这是Fr方程的特殊情形(当ξ>x时,K(x,ξ)=0)。假定F(x)在区间[a,b]上连续, K(x,ξ)在正方形k0 (a≤x≤b,a≤ξ≤b)上连续,且当(ξ>x)时,
K(x,ξ)=0
因此,当K(x,x)≠0时,核有第一类不连续点x=ξ。
积分方程(1)的解用λ的幂级数表示为
(2)
对函数yn(x)有下列递推公式:
,
设在有限区间或正方形上,连续函数F(x)和K(x,ξ)满足
,
式中m, M为常数。因此当充分小时,级数(2)在[a, b]上绝对且一致收敛,其和y(x)是连续函数且满足方程(1)。
也可以作预解核
(3)
式中叠核Kn(x,ξ)由下面递推公式计算:
;
且从此得出当ξ>x时,Kn(x,ξ)=0。事实上,若ξ>x,则ξ1<ξ,因而
K(ξ,ξ)=0
可证明级数(3)对一切λ值绝对且一致收敛。于是,沃尔泰拉方程(1)的预解核是整函数,并且对任何λ有如下形式的唯一解:
所以沃尔泰拉方程没有特征值,就是说齐次方程
对任何λ只有平凡解y(x)≡0。因此,若作方程(1)的Fr分母,则可发现它根本没有零点。
[特殊沃尔泰拉方程] 设u(x),v(x)是定义在x≥0上的两个连续函数,由积分
所定义的函数称为函数的u(x)和v(x)的卷积(或褶积)。
根据卷积的性质(即u和v的卷积的拉普拉斯变换等于u和v的拉普拉斯变换之积)可把解特殊沃尔泰拉方程(其核只与两个变量之差有关):
的问题变为决定一个拉普拉斯变换的反演变换问题。为此,将上式两边各取拉普拉斯变换,并利用卷积的性质,有
得
查拉普拉斯变换表或用其他方法便可以确定y(x)。
[第一类沃尔泰拉积分方程] 第一类沃尔泰拉积分方程
(1)
可变为第二类沃尔泰拉积分方程。在核是连续可微的假定下,有两种变换方法。一种方法是,对(1)两边求导,便得
若K(x,x)≠0,这个方程可化为
式中
,
另一种方法是,设
则方程(1)化为
分部积分得
若K(x,x)≠0,这个方程可改写为
式中
,
[阿贝耳积分方程] 形如
(1)
的沃尔泰拉积分方程称为阿贝耳积分方程。对给定函数F(x)适当加以限制下,积分方程(1)可用间接方法求解。(1)式除以(s是一参数),然后两边积分,得
把上式右边的积分次序交换,并改变积分限,化为
(2)
令x=(s-ξ)t+ξ,则有
代入(2)式有
或者写为
把这个等式求导,便得所求的解为
若F(x)不能使这个等式的右边存在且连续,则方程(1)没有连续解。