Gronwallsche Ungleichung

Die gronwallsche Ungleichung i​st eine Ungleichung, d​ie es erlaubt, a​us der impliziten Information e​iner Integralungleichung explizite Schranken herzuleiten. Des Weiteren i​st sie e​in wichtiges Hilfsmittel z​um Beweis v​on Existenz- u​nd Einschließungssätzen für Lösungen v​on Differential- u​nd Integralgleichungen. Sie i​st nach Thomas Hakon Grönwall benannt, d​er sie i​m Jahr 1919 bewies u​nd in e​iner wissenschaftlichen Veröffentlichung beschrieb.

Formulierung

Gegeben seien ein Intervall sowie stetige Funktionen und . Weiter gelte die Integralungleichung

für alle . Dann gilt die gronwallsche Ungleichung

für alle .

Man beachte, dass die Funktion in der vorausgesetzten Ungleichung noch auf beiden Seiten vorkommt, in der Schlussfolgerung aber nur noch auf der linken Seite, das heißt, man erhält eine echte Abschätzung für .

Spezialfall

Ist monoton steigend so vereinfacht sich die Abschätzung zu

Insbesondere im Fall konstanter Funktionen und lautet die gronwallsche Ungleichung

Anwendungen

Eindeutigkeitssatz für Anfangswertprobleme

Es sei , , und stetig sowie lokal Lipschitz-stetig bezüglich der zweiten Variablen. Dann besitzt das Anfangswertproblem genau eine Lösung .

Linear beschränkte Differentialgleichungen

Seien , , , und stetig. Weiter gebe es Funktionen derart, dass

für alle . Dann ist jede Lösung von

auf beschränkt.

Beweis

Es gilt

Die gronwallsche Ungleichung impliziert

und daraus ergibt s​ich folgende Abschätzung g​egen eine Konstante:

Literatur

  • Herbert Amann: Gewöhnliche Differentialgleichungen. 2. Auflage. de Gruyter Lehrbücher, Berlin / New York 1995, ISBN 3-11-014582-0.
  • Gerald Teschl: Ordinary Differential Equations and Dynamical Systems (= Graduate Studies in Mathematics. Band 140). American Mathematical Society, Providence 2012, ISBN 978-0-8218-8328-0 (mat.univie.ac.at).
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