Cauchy Problem for Fractional Order Equation with Involution

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper considers a linear ordinary differential equation with a fractional derivative that contains an involution operator in the subordinate term. The equation under consideration is a model equation and belongs to the class of differential equations that need to be investigated due to the study of boundary value problems for fractional differential equations containing a composition of left- and right-hand fractional differentiation operators. The latter arise when modeling various physical and geophysical processes and, in particular, are of great importance when describing dissipative oscillatory systems. For the equation under consideration, the initial value problem in a unit interval is investigated. The main result of the paper is a theorem of existence and uniqueness of a solution to the problem under consideration. Sufficient conditions that ensure unique solvability of the problem under consideration are formulated in terms of constraints on the coefficient and the right-hand side of the equation under consideration. A fundamental solution is constructed, its various representations are obtained, and its main properties are studied. An explicit representation of the solution to the problem under consideration is found in terms of the fundamental solution. 

About the authors

Liana M. Eneeva

Kabardino-Balkarian Scientific Center RAS

Author for correspondence.
Email: eneeva72@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-2530-5022

Institute of Applied Mathematics and Automation; Ph. D. (Phys. & Math.), Senior Researcher

Russian Federation, 360000, Nalchik, Shortanova st., 89 A

References

  1. Nakhushev A. M. Fractional calculus and its application. Moscow. Fizmatlit, 2003. 272 p.
  2. Rekhviashvili S. Sh. Lagrange formalism with fractional derivative in problems of mechanics, Technical Physics Letters, 2004, vol. 30, no. 2, pp. 33–37.
  3. Rekhviashvili S. Sh. Fractional derivative physical interpretation, Nonlinear world, 2007, vol. 5, no. 4, pp. 194–197.
  4. Stanković B. An equation with left and right fractional derivatives, Publications de l’institut mathématique. Nouvelle série, 2006. vol. 80(94), pp. 259–272.
  5. Atanackovic T. M., Stankovic B. On a differential equation with left and right fractional derivatives, Fractional Calculus and Applied Analysis, 2007. vol. 10, no. 2, pp. 139–150.
  6. Zayernouri M., Karniadakis G.E. Fractional Sturm–Liouville eigen-problems: Theory and numerical approximation, Journal of Computational Physics, 2013, no. 252, pp. 495–517. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcp.2013.06.031
  7. Klimek M., Agrawal O.P. Fractional Sturm–Liouville problem, Computers and Mathematics with Applications, 2013, no. 66, pp. 795–812. doi: 10.1016/j.camwa.2012.12.011
  8. Torres C. Existence of a solution for the fractional forced pendulum, Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics, 2014. vol. 13, no.1, pp. 125–142.
  9. Eneeva L. M. Boundary value problem for differential equation with fractional order derivatives with different origins, Vestnik KRAUNC. Fiz.-Mat. Nauki, 2015, vol. 3, no. 2(11), pp. 39–44.
  10. Tokmagambetov N., Torebek B. T. Fractional Analogue of Sturm-Liouville Operator Documenta Mathematica, 2016. vol. 21, pp. 1503–1514.
  11. Eneeva L. M. An estimate for the first eigenvalue of the dirichlet problem for an ordinary differential equation with fractional derivatives with different origins, News Of The Kabardino-Balkarian Scientific Center Of RAS, 2017, no. 1(75), pp. 34–40.
  12. Eneeva L. M. On Neumann problem for equation with fractional derivatives with different starting points, Vestnik KRAUNC. Fiz.-Mat. Nauki, 2018, no. 4(24), pp. 61–65. doi: 10.18454/2079-6641-2018-24-4-61-65
  13. Eneeva L. M. Lyapunov inequality for an equation with fractional derivatives with different origins, Vestnik KRAUNC. Fiz.-Mat. Nauki, 2019, no. 3(28), pp. 32–40. doi: 10.26117/2079-6641-2019-28-3-32-39
  14. Eneeva L. M. A priori estimate for an equation with fractional derivatives with different origins, Vestnik KRAUNC. Fiz.-Mat. Nauki, 2019, no. 4(29), pp. 41–47. doi: 10.26117/2079-6641-2019-29-4-41-47
  15. Eneeva L. M., Pskhu A. V., Potapov A. A., Feng T., Rekhviashvili S. Sh. Lyapunov inequality for a fractional differential equation modelling damped vibrations of thin film MEMS, Advances in Intelligent Systems and Computing. ICCD2019 (paper ID: E19100).
  16. Rekhviashvili S. Sh., Pskhu A. V., Potapov A. A., Feng T., Eneeva L. M. Modeling damped vibrations of thin film MEMS, Advances in Intelligent Systems and Computing. ICCD2019 (paper ID: E19101).
  17. Eneeva L., Pskhu A., Rekhviashvili S. Ordinary Differential Equation with Left and Right Fractional Derivatives and Modeling of Oscillatory Systems. Mathematics, 2020. vol. 8(12). 2122.
  18. Eneeva L. M. Mixed boundary value problem for an ordinary differential equation with fractional derivatives with different origins, Vestnik KRAUNC. Fiz.-Mat. Nauki, 2021, vol. 36, no. 3, pp. 65–71. doi: 10.26117/2079-6641-2021-36-3-65-71
  19. Eneeva L. M. Solution of a mixed boundary value problem for an equation with fractional derivatives with different origins, Vestnik KRAUNC. Fiz.-Mat. Nauki, 2022, no. 3(40), pp. 64–71. doi: 10.26117/2079-6641-2022-40-3-64-71
  20. Eneeva L. M. Nonlocal boundary value problem for an equation with fractional derivatives with different origins, Vestnik KRAUNC. Fiz.-Mat. Nauki, 2023, no. 3(44), pp. 58–66. doi: 10.26117/2079-6641-2023-44-3-58-66
  21. Eneeva L. M. On the question of solving a mixed boundary value problemfor an equation with fractional derivatives with different origins, Adyghe International Scientific Journal, 2023, Vol. 23, no. 4, Pp. 62–68. doi: 10.47928/1726-9946-2023-23-4-62-68

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».