二、具有柯西核和希尔伯特核的积分方程

[柯西核与希尔伯特核]

定理  设L是任一光滑闭曲线,是定义在L 上且满足具有指数a 的李普希茨条件*的一个函数,当z从L的内部趋于L上任一点t时,则柯西型积分

                                                 (1)

趋于极限值

当z从L的外部趋于L上任一点t时,积分(1)趋于相应的极限值

上面两个等式中的积分都是广义积分

    表达式

                       

称为柯西核,式中ζ和t是L上的任意两点。

    表达式

                         

称为希尔伯特核,式中s和σ都是实变量,并在闭区间内变动。

柯西核和希尔伯特核之间有很简单的关系。设L是一简单闭曲线,它是有连续曲率的一条光滑曲线。设L的参数方程是

,

设相应的参数s在闭区间内变动。令t=x+iy和t=x(s)+iy(s)。L的方程可写作t=t(s)。设ζ是L上任一点,则有一参数值σ,使。于是不难证明:

式中P(s,σ)是两个变量s 和σ的连续函数,这函数满足具有某指数的李普希茨条件。

[具有希尔伯特核的奇异积分方程] 考虑如下形式的方程:

                       (2)

式中a和b是常数。

假定核K(s,σ)和自由项F(s)都满足李普希茨条件。

如果K(s,σ)≡0,则所考虑的方程是

                                                 (3)

若a2+b2≠0,则这个方程的解是

         (4)

若a2+b2=0,则方程一般没有解。

注意特殊情况a=0.不防设b=1,则(3)变为第一类Fr方程

                      

这时,(4)式的解没有用,但方程(3)有解的充分必要条件是:

                                 

解的形式是

                         

式中C是任意常数。

在一般情形下,可以证明方程(2)与一般形式的Fr方程等价,于是所考虑的方程归结到解Fr方程。

具有希尔伯特核的奇异积分方程的一般形式是

        

式中a(s)和b(s)是变量s的函数。若a(s)和b(s)满足李普希茨条件,上式可化为Fr方程,但是二者可能不等价。

[具有柯西核的奇异积分方程]  考虑如下形式的方程:

                                        (5)

式中a和b是常数,L是闭曲线。

若a2-b2≠0,则(5)的解为

具有柯西核的奇异积分方程的一般形式是

   

它也可化为Fr方程。若a和b是常数,则得到的Fr方程与上面方程等价。在一般情形下需加补充说明。



*如果存在两个常数K和a(0<a≤1),使对区间[a,b]上的任意一对值下面的不等式成立:

则称函数f(x)满足具有指数α的李普希茨条件。