Изопериметрлік есеп. Келесі есепті изопериметрлік есеп дейміз:
(1)
(2)
мұндағы аймағында екі рет дифференциадданатын функциялар, l - берілген сан.
1-теорема. Егер функциясы (1) функционалды (2) шарттарда әлсіз локәлдік экстремумге жеткізсе және ол
(3)
функционалының экстремәлі болмаса, онда функциясы
(4)
дифференциалдық тендеуінің шешімі болатын саны табылады.
Дәлелі. нүктелерін таңдап алайық. Мәселен ,мұндағы – U -дағы функционалдың әлсіз локәлдік минимум нүктесі, ал
Сондағы (1) - функционалдың өсімшесі
(5)
мұндағы . Байқаймыз: реттері , яғни . ендеше демек
(6)
Теорема шартынан функциясы (3) функционалының экстремәлі емес, демек нүктесін болатындай етіп тандауға болады. Сонда (6)-дан:
(7)
(7)-дегі мәнін (6) өрнектің оң жағына қойсақ:
(8)
мұндағы сан. Сонымен (8) түріндегі функционал өсімшесін қорытқанда шарты ескерілген, яғни ол қарапайым жағдайдағыдай функция өсімшесі, демек
Осыдан (4) - өрнек алынды. Теорема дәлелденді.
Байқайтынымыз: (4) шарты екінші ретті дифференциалдық тендеу және оның шешімі , түрақтылары шарттарынан анықталады. Жалпы жағдайда изопериметрлік есеп былай қисындалады:
(9)
(10)
2-теорема. Егер вектор функциясы (9) функционалын (10) шарттарда әлсіз локәлдік минимумге жеткізсе, онда вектор функция келесі тендеулердің
, (11)
шешімі болатын, барлығы бірдей нөлге тең емес сандары табылады. Мұндағы функциясы лагранжиан деп аталып,
формуласымен анықталады.
Теорема жағдайы үшін жоғарыда дәлелденген. Жалпы жағдай үшін ұқсас тәсілдермен дәлелденеді.
Ескерту: (11) -тендеу шешімі вектор функциясы, ал тұрақтылары шарттарынан анықталады.