PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH BROWDER -TIKHONOV CHO PHƯƠNG TRÌNH PHI TUYẾN KHÔNG CHỈNH LOẠI J - ĐƠN ĐIỆU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VŨ XUÂN QUỲNH

PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH BROWDER TIKHONOV CHO PHƯƠNG TRÌNH PHI
TUYẾN KHÔNG CHỈNH LOẠI J - ĐƠN ĐIỆU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VŨ XUÂN QUỲNH

PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH BROWDER TIKHONOV CHO PHƯƠNG TRÌNH PHI
TUYẾN KHÔNG CHỈNH LOẠI J - ĐƠN ĐIỆU

Chuyên ngành: Toán ứng dụng
Mã số: 60.46.01.12

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS. TS. Nguyễn Bường

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN
Trước khi trình bày nội dung chính của luận văn, tôi xin bày tỏ lòng
biết ơn chân thành và sâu sắc tới GS. TS Nguyễn Bường-Viện Công nghệ
thông tin-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam, người đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo công tác tại trường Đại
học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà nội đã truyền đạt kiến thức
cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo Viện Công nghệ thông tin,
các bạn đồng nghiệp và gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để
tôi hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, tháng 10 năm 2015.
Học viên
Vũ Xuân Quỳnh

1


Mục lục
Mở đầu

3

1

5

Khái niệm cơ bản

1.1

Không gian Banach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.2

Bài toán đặt không chỉnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.2.1

Khái niệm về bài toán đặt không chỉnh . . . . . . .

6

1.2.2

Khái niệm về thuật toán hiệu chỉnh . . . . . . . . .

6

Phương trình với toán tử loại J-đơn điệu . . . . . . . . . . .

7

1.3.1

Một số khái niệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.3.2

Phương trình với toán tử loại J-đơn điệu . . . . . . . 10

1.3

2 Phương pháp hiệu chỉnh Browder-Tikhonov

12

2.1

Phương pháp Browder-Tikhonov với toán tử loại J-đơn điệu

12

2.2

Phương pháp hiệu chỉnh Newton-Kantorovich . . . . . . . . 19

Kết luận

23

Tài liệu tham khảo

24

2


Mở đầu
Trong các lớp bài toán nảy sinh từ khoa học, kỹ thuật và các nghành
kinh tế quốc dân tồn tại một lớp bài toán mà nghiệm không ổn định với dữ
kiện ban đầu. Khi dữ kiện ban đầu thay đổi đi một chút phương trình có
thể không có nghiệm hoặc nếu có thì nghiệm tương ứng lại cách xa nghiệm
chính xác rất nhiều. Người ta nói những bài toán đó đặt không chỉnh và
đặt ra yêu cầu tìm những phương pháp giải ổn định các bài toán này.
Ta xét bài toán đặt không chỉnh dưới dạng phương trình toán tử

A(x) = f, f ∈ X,

(1)

trong đó A là toán tử từ không gian Banach X vào không gian Banach Y.
Khi đó bài toán này có thể hiệu chỉnh bằng phương pháp cực tiểu phiếm
hàm làm trơn Tikhonov
h
Fδ,α
(x) = ||Ah (x) − fδ ||2 + αΩ(x),

ở đây x ∈ D(Ah ) = D(A), cùng với việc chọn tham số α = α(h, δ) thích
hợp, (Ah , fδ ) là xấp xỉ của (A, f ), α > 0 là tham số hiệu chỉnh, Ω(x) là
phiếm hàm ổn định. Tuy nhiên khi bài toán là phi tuyến thì việc tìm phần
tử cực tiểu của phiếm hàm Tikhonov trở nên khó khăn. Do đó để giải
quyết bài toán trong trường hợp phi tuyến, khi A : X → X ∗ là toán tử

đơn điệu, trong [7] Browder đã đề xuất một dạng mới của phương pháp
hiệu chỉnh Tikhonov bằng cách sử dụng một toán tử có tính chất h-liên
tục và đơn điệu mạnh. Tiếp tục tư tưởng này, Alber [3] đã sử dụng ánh xạ
đối ngẫu tổng quát để hiệu chỉnh bài toán.
Để tìm nghiệm cho bài toán (1), chúng tôi xem xét phương pháp hiệu
chỉnh Browder-Tikhonov có dạng

A(x) + α(x − x+ ) = fδ ,
3

(2)


trong đó A : X → X là toán tử loại J-đơn điệu trong không gian Banach
X có tính chất xấp xỉ. Khi ánh xạ đối ngẫu chuẩn tắc J là liên tục yếu
theo dãy và liên tục mạnh thì (2) có nghiệm duy nhất xδα hội tụ tới x0 là
nghiệm của (1). Ta cũng chỉ ra được sự hội tụ này khi J không có tính liên
tục yếu theo dãy nhưng được bổ sung thêm hai điều kiện

||A(x) − A(x0 ) − J ∗ A (x0 )∗ J(x − x0 )|| ≤ τ ||A(x) − A(x0 )||,

(3)

trong đó x ∈ X , τ > 0, J ∗ là ánh xạ đối ngẫu chuẩn tắc của X ∗ , x0 là
nghiệm của (1) và tồn tại z ∈ X sao cho

A (x0 )z = x+ − x0 .

(4)

Cuối cùng, khi J không liên tục yếu theo dãy và không thỏa mãn hai điều
kiện (3), (4) ta vẫn chỉ ra được sự hội tụ của phương pháp này.
Nội dung của luận văn được trình bày trong hai chương. Chương 1 giới
thiệu về bài toán đặt không chỉnh, phương trình với toán tử loại J-đơn
điệu và một số khái niệm cơ bản dùng trong toàn bộ luận văn. Chương 2
trình bày về phương pháp hiệu chỉnh Browder-Tikhonov cho phương trình
phi tuyến không chỉnh với toán tử loại J-đơn điệu và phương pháp lặp
Newton-Kantorovich kết hợp với phương pháp hiệu chỉnh trên.
Luận văn chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong
nhận được những góp ý và sự chỉ bảo của các thầy cô. Em xin chân thành
cảm ơn!

4


Chương 1
Khái niệm cơ bản
Chương này gồm ba mục. Mục 1.1 trình bày khái niệm và một số ví
dụ về không gian Banach. Mục 1.2 giới thiệu về bài toán đặt không chỉnh
và thuật toán hiệu chỉnh. Trong mục 1.3, chúng tôi trình bày một số khái
niệm về giải tích hàm có liên quan tới luận văn và phương trình với toán
tử loại J-đơn điệu. Các kiến thức được tham khảo từ các tài liệu [1], [4] và
[7].

1.1

Không gian Banach

Định nghĩa 1.1. Cho (X, d) là một không gian metric. Dãy {xn } ⊂ (X, d)
được gọi là dãy cơ bản nếu

∀ > 0 ∃ N = N ( ), ∀ m, n ≥ N ⇒ d(xm , xn ) < .
(X, d) được gọi là không gian metric đủ, nếu mọi dãy cơ bản có giới hạn
trong X.
Định nghĩa 1.2. Cho X là không gian tuyến tính. Ta nói X là không gian
tuyến tính định chuẩn, nếu với mọi x ∈ X xác định một số, gọi là chuẩn
của x (kí hiệu ||x||) thỏa mãn ba tiên đề sau:
a) Xác định dương: ∀x ∈ X, ||x|| ≥ 0. Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi

x = 0;
b) Thuần nhất dương: ∀x ∈ X, ∀λ ∈ R thì ||λx|| = |λ|.||x||;
c) Bất đẳng thức tam giác: ∀x, y ∈ X thì ||x + y|| ≤ ||x|| + ||y||.

5


Định nghĩa 1.3. Không gian Banach là không gian tuyến tính định chuẩn
đầy đủ.

1.2
1.2.1

Bài toán đặt không chỉnh
Khái niệm về bài toán đặt không chỉnh

Cho phương trình toán tử

A(x) = f,

(1.1)

trong đó A : (X, d) → (Y, ρ)., X, Y là các không gian mêtric.
Phương trình (1.1) là đặt chỉnh nếu:

• Với mỗi f ∈ Y tồn tại nghiệm x(f ) ∈ X của (1.1);
• Nghiệm này là duy nhất;
• Nghiệm này phụ thuộc liên tục vào dữ kiện (f, A).
Bài toán (1.1) được gọi là đặt không chỉnh nếu một trong ba điều kiện
trên không được thỏa mãn, tức là,

• Phương trình (1.1) không có nghiệm;
• Phương trình (1.1) có nhiều hơn một nghiệm;
• Phương trình (1.1) có nghiệm x = x(f ) không phụ thuộc liên tục vào
dữ kiện bài toán.
1.2.2

Khái niệm về thuật toán hiệu chỉnh

Giả sử A−1 không liên tục và thay cho f ta biết fδ : ||fδ − f || ≤ δ → 0.
Bài toán đặt ra cần xây dựng phần tử xấp xỉ phụ thuộc tham số nào đó
tương thích với δ sao cho khi δ → 0 thì phần tử xấp xỉ hội tụ tới nghiệm

x0 .
Định nghĩa 1.4. Toán tử R(fδ , α) phụ thuộc tham số α, tác động từ không
gian Banach Y vào không gian Banach X được gọi là một toán tử hiệu
chỉnh cho phương trình (1.1), nếu:
6


• Tồn tại hai số dương δ1 và α1 sao cho toán tử R(fδ , α) xác định với

mọi α ∈ (0, α1 ) và với mọi fδ ∈ Y : ρY (fδ , f ) ≤ δ , δ ∈ (0, δ1 );
• Tồn tại một sự phụ thuộc α = α(fδ , δ) sao cho ∀ > 0 tồn tại δ( ) ≤
δ1 : ∀fδ ∈ Y, ρY (fδ , f ) ≤ δ ≤ δ1 → ρX (xα , x0 ) ≤ , ở đây xα ∈
R(fδ , α(fδ , δ)).

1.3

Phương trình với toán tử loại J-đơn điệu

1.3.1

Một số khái niệm

Cho X là không gian Banach thực và X ∗ là không gian đối ngẫu của
nó. Ký hiệu x, x∗ là giá trị của hàm x∗ ∈ X ∗ tại x ∈ X .
∗

Định nghĩa 1.5. Một ánh xạ J s : X → 2X , s ≥ 2 xác định như sau

J s (x) = {x∗ ∈ X ∗ : x, x∗ = ||x∗ ||s−1 ||x|| = ||x||s }
được gọi là ánh xạ đối ngẫu tổng quát.
Với s = 2 ta gọi nó là ánh xạ đối ngẫu chuẩn tắc và ký hiệu là J.
Mệnh đề 1.1. Giả sử X là không gian Banach. Khi đó
1. J(x) là tập lồi, J(λx) = λJ(x) ∀λ ∈ R;
2. J là ánh xạ đơn trị khi và chỉ khi X ∗ là không gian lồi chặt. Trong
trường hợp X là không gian Hilbert thì J = I là toán tử đơn vị trong
X.
∗

Định nghĩa 1.6. Một toán tử A : X → 2X là đơn điệu nếu ∀x, y ∈ D(A),

x − y, f − g ≥ 0 ∀f ∈ Ax, ∀g ∈ Ay.
Định nghĩa 1.7. Toán tử A : X → Y , trong đó X, Y là các không gian
Banach, được gọi là

• h-liên tục tại x0 ∈ D(A) nếu A(x0 + tn x)
A(x0 ) khi tn → 0 với
mọi vectơ x thỏa mãn x0 + tn x ∈ D(A) và 0 ≤ tn ≤ t(x0 );
7


• demi-liên tục tại x0 ∈ D(A) nếu cho dãy bất kì {xn } ⊂ D(A) thỏa
mãn xn → x0 thì Axn
Ax;
• liên tục yếu theo dãy tại điểm x0 ∈ D(A) nếu cho dãy bất kỳ {xn } ∈
D(A) sao cho xn
x0 thì Axn
Ax0 .
Định nghĩa 1.8. Không gian Banach X gọi là có tính chất ES nếu X là
không gian phản xạ và mọi dãy {xn }, xn ∈ X hội tụ yếu trong X tới x và

||xn || → ||x|| thì xn → x.
Định nghĩa 1.9. Không gian Banach X được gọi là có tính chất xấp xỉ
nếu tồn tại một họ các không gian con hữu hạn chiều {Xn } được sắp thứ tự
bao hàm, họ các phép chiếu tương ứng Pn : X → Xn thỏa mãn ||Pn || = 1
với mọi n > 0 và

Xn là trù mật trong X.

Định nghĩa 1.10. Cho X là không gian tuyến tính định chuẩn thực. Cho

S1 (0) := {x ∈ E : ||x|| = 1}. Không gian X được gọi là có chuẩn khả vi
Gateaux (hay trơn) nếu giới hạn
||x + ty|| − ||x||
t→0
t
tồn tại cho mỗi x, y ∈ S1 (0). Không gian X được gọi là có chuẩn khả vi
Gateaux đều nếu giới hạn trên là đều đối với x ∈ S1 (0).
lim

Định nghĩa 1.11. Cho X là không gian Banach phản xạ, X ∗ là không
∗

gian liên hợp của nó và A : X → 2X . Tập các cặp (x, f ) ∈ X × X ∗ thỏa
mãn f ∈ Ax được gọi là đồ thị của toán tử A và ký hiệu là grA.
Định nghĩa 1.12. Không gian X được gọi là lồi chặt nếu hình cầu đơn vị
trong X là lồi chặt, tức là ||x + y|| < 2 ∀x, y ∈ X thỏa mãn ||x|| = ||y|| =

1, x = y.
Khái niệm và một số tính chất của giới hạn Banach được đưa ra sau
đây.
Định nghĩa 1.13. Cho µ là phiếm hàm tuyến tính liên tục trên l∞ và cho

(a1 , a2 , ...) ∈ l∞ . Khi đó µ được gọi là giới hạn Banach nếu nó thỏa mãn
||µ|| = µk (1) = 1 và µk (ak+1 ) = µk (ak ) cho mỗi (a1 , a2 , ...) ∈ l∞ . Ở đây
µk (ak ) được viết thay cho µ((a1 , a2 , ...)).
8


Định lý 1.1. (Vài tính chất của giới hạn Banach)

1. lim inf k→∞ ak ≤ µk (ak ) ≤ lim supk→∞ ak ∀(a1 , a2 , ...) ∈ l∞ .
2. Nếu a = (a1 , a2 , ...) ∈ l∞ , b = (b1 , b2 , ...) ∈ l∞ và ak → c (tương
ứng ak − bk → 0) khi k → ∞ thì µk (ak ) = µ(a) = c (tương ứng

µk (ak ) = µk (bk )).
Tư tưởng của phương pháp hiệu chỉnh Browder-Tikhonov được đề xuất
vào năm 1966 cho bài toán bất đẳng thức biến phân bởi Browder [7]. Trong
đó sử dụng toán tử M : X → X ∗ có tính chất h-liên tục và đơn điệu mạnh
làm thành phần hiệu chỉnh. Dựa vào đó Alber [3] đã xây dựng nghiệm hiệu
chỉnh cho phương trình (1.1) trên cơ sở phương trình sau

A(x) + αJ s (x − x0 ) = fδ ,

(1.2)

trong đó A là toán tử đơn điệu, h-liên tục từ không gian Banach phản xạ
X vào X ∗ , ở đây X ∗ là lồi chặt và X có tính chất ES, x0 là phần tử bất kì
trong X giúp ta tìm nghiệm theo ý muốn. Ta có một số kết quả sau đây
Định lý 1.2. Với mỗi α > 0 và fδ ∈ X ∗ , phương trình (1.3) có duy nhất
δ
nghiệm xδα . Nếu α, → 0, thì {xδα } hội tụ đến phần tử x0 ∈ S0 thỏa mãn
α

||x0 − x0 || = min ||x − x0 ||.
x∈S0

Trong trường hợp tổng quát, khi cả toán tử và vế phải đều biết xấp xỉ,
tức là, thay cho A ta chỉ biết xấp xỉ Ah thỏa mãn

||Ah (x) − A(x)|| ≤ hg(||x||)

và cũng đơn điệu, h-liên tục, ở đây g(t) là hàm giới nội. Ta có kết quả sau
Định lý 1.3. Với mỗi α > 0, h > 0 và fδ ∈ X ∗ phương trình hiệu chỉnh

Ah (x) + αJ s (x − x0 ) = fδ
δ h
có duy nhất nghiệm xηα , η = (h, δ). Nếu α, , → 0, thì {xηα } → x0 .
α α
9


1.3.2

Phương trình với toán tử loại J-đơn điệu

Định nghĩa 1.14. Một toán tử A : X → X được gọi là J-đơn điệu nếu

∃ j(x1 − x2 ) ∈ J(x1 − x2 ) sao cho
Ax1 − Ax2 , j(x1 − x2 ) ≥ 0 ∀x1 , x2 ∈ D(A).
Toán tử A được gọi là J-đơn điệu chặt nếu đẳng thức trên xảy ra khi

x1 = x2 .
Ngoài ra ta còn định nghĩa khác cho toán tử J-đơn điệu như sau
Định nghĩa 1.15. Một toán tử A : X → X được gọi là J-đơn điệu nếu

||x1 − x2 || ≤ ||x1 − x2 + λ(Ax1 − Ax2 )|| ∀λ > 0, ∀x1 , x2 ∈ D(A).
Định nghĩa 1.16. Toán tử J-đơn điệu A : X → X được gọi là bức nếu

Ax, Jx ≥ c(||x||)||x||,
ở đây c(t) → +∞ khi t → +∞.
Định nghĩa 1.17. Toán tử J-đơn điệu A : X → X được gọi là J-đơn

điệu cực đại nếu đồ thị của nó không là tập con thực sự của đồ thị toán tử
J-đơn điệu khác.
Định lý 1.4. Cho A : X → X là toán tử J-đơn điệu và hemi-liên tục với

D(A) = X thì A là J-đơn điệu cực đại.
Định nghĩa 1.18. Toán tử A : X → X được gọi là J-đơn điệu đều nếu
tồn tại một hàm tăng γ(t), t ≥ 0, γ(0) = 0 thỏa mãn

Ax1 − Ax2 , J(x1 − x2 ) ≥ γ(||x1 − x2 ||),
trong đó x1 , x2 ∈ D(A). Toán tử A là J-đơn điệu mạnh nếu γ(t) = ct2 ,
với c > 0.
Định nghĩa 1.19. Một toán tử J-đơn điệu A : X → X được gọi là m-Jđơn điệu nếu

R(A + αI) = X
với mọi α > 0, trong đó I là toán tử đơn vị trong X.
10


Định lý 1.5. Nếu toán tử A là m-J-đơn điệu thì nó là toán tử J-đơn điệu
cực đại.
Ta xét phương trình (1.1) với A là toán tử J-đơn điệu.
Định lý 1.6. Giả sử rằng X và X ∗ là các không gian Banach lồi chặt và
X có tính chất xấp xỉ, toán tử A : X → X là J-đơn điệu và demi-liên tục
với miền xác định D(A) = X, ánh xạ đối ngẫu J : X → X ∗ là liên tục và
liên tục yếu theo dãy, tồn tại r > 0 sao cho với mọi x thỏa mãn ||x|| = r,

Ax − f, Jx ≥ 0.
Khi đó phương trình Ax = f có ít nhất một nghiệm x
¯ với ||¯
x|| ≤ r.

Định nghĩa 1.20. Một điểm x0 ∈ X được gọi là nghiệm suy rộng của
phương trình (1.1) với A là toán tử J-đơn điệu nếu bất đẳng thức

y − f, J(x − x0 ) ≥ 0 ∀y ∈ Ax
thỏa mãn với mọi x ∈ D(A).
Định lý 1.7. Giả sử rằng X và X ∗ là các không gian Banach lồi đều, X có
tính xấp xỉ, ánh xạ đối ngẫu J là liên tục yếu theo dãy, toán tử A : X → 2X
là J-đơn điệu với miền xác định D(A) = X và tồn tại r > 0 sao cho với
mỗi x mà ||x|| = r, tồn tại y ∈ Ax thỏa mãn

y − f, Jx ≥ 0.
Khi đó phương trình (1.1) có ít nhất một nghiệm suy rộng x
¯ với ||¯
x|| ≤ r.
Chú ý 1.1. Nếu toán tử A trong định lý 1.7 là J-đơn điệu chặt, thì phương
trình toán tử tương ứng có duy nhất nghiệm.
Chương sau chúng tôi sẽ trình bày phương pháp hiệu chỉnh BrowderTikhonov cho phương trình phi tuyến với toán tử loại J-đơn điệu.

11


Chương 2
Phương pháp hiệu chỉnh
Browder-Tikhonov
Chương này gồm hai mục. Mục 2.1 trình bày về phương pháp hiệu chỉnh
Browder-Tikhonov khi ánh xạ đối ngẫu chuẩn tắc J liên tục yếu theo dãy
và khi nó không có tính chất này. Trong mục 2.2, chúng tôi giới thiệu về
phương pháp hiệu chỉnh lặp Newton-Kantorovich kết hợp với phương pháp
hiệu chỉnh Browder-Tikhonov. Các kết quả được tham khảo từ các tài liệu
[4], [8] - [11] và [14].

2.1

Phương pháp Browder-Tikhonov với toán tử
loại J-đơn điệu

Trong không gian Banach X có tính chất xấp xỉ, A : X → X là toán
tử J-đơn điệu và hemi-liên tục, ánh xạ đối ngẫu chuẩn tắc J : X → X ∗ là
liên tục và liên tục yếu theo dãy trong X. Ta xét phương trình

Ax = f

(2.1)

với f ∈ X. Giả sử tập nghiệm S là khác rỗng và ta chỉ biết xấp xỉ (Ah , fδ )
của (A, f ), trong đó Ah : X → X cũng là toán tử J-đơn điệu và hemi-liên
tục với mọi h > 0, D(Ah ) = D(A) = X và fδ ∈ X với mọi δ > 0. Ta giả
thiết rằng

||fδ − f || ≤ δ

(2.2)

||Ax − Ah x|| ≤ g(||x||)h ∀x ∈ X,

(2.3)

và

12

ở đây g(t) là hàm không âm liên tục với mọi t ≥ 0. Khi đó ta có phương
trình hiệu chỉnh như sau

Ah x + αx = fδ .

(2.4)

Từ tính J-đơn điệu của toán tử Ah ta có

Ah x + αx, Jx = Ah x − Ah (θX ) + Ah (θX ) + αx, Jx
= Ah x − Ah (θX ), J(x − θX ) + Ah (θX ), Jx + αx, Jx
≥ α||x||2 − ||Ah (θX )|| ||x|| = ||x||(α||x|| − ||Ah (θX )||).
(2.5)
Do đó, toán tử T = Ah + αI là bức nên theo định lý 1.7 phương trình
(2.4) có một nghiệm xδ,h
α , với mọi α > 0. Nó cũng là nghiệm duy nhất vì
T là J-đơn điệu mạnh (xem chú ý 1.1). Như vậy,
δ,h
Ah xδ,h
α + αxα = fδ

(2.6)

Định lý sau chỉ ra sự hội tụ mạnh của nghiệm hiệu chỉnh.

δ+h
→ 0 khi α → 0 được thỏa mãn thì
α

¯∗ ∈ S, trong đó x¯∗ là nghiệm duy nhất của phương trình (2.1)
xδ,h
α → x
thỏa mãn bất phương trình

Định lý 2.1. Nếu điều kiện

x¯∗ , J(¯
x∗ − x∗ ) ≤ 0 ∀x∗ ∈ S.

(2.7)

Hệ quả 2.1. Cho phương trình hiệu chỉnh

Ah x + α(x − x+ ) = fδ ,
δ+h
→ 0 khi α → 0 thì nghiệm
α
của nó hội tụ mạnh tới nghiệm x
¯∗ ∈ S thỏa mãn bất phương trình
trong đó x+ ∈ X là một phần tử cố định,

x¯∗ − x+ , J(¯
x∗ − x∗ ) ≤ 0 ∀x∗ ∈ S.
Bây giờ ta xét bài toán trên khi thêm điều kiện X là không gian Banach
phản xạ lồi chặt và có tính xấp xỉ, không gian liên hợp của nó X ∗ cũng lồi
chặt. Gọi xδα là nghiệm của phương trình

A(x) + αx = fδ ;
13

(2.8)


và xα là nghiệm của phương trình

A(x) + αx = f.

(2.9)

δ
Theo [4] ta biết rằng xδ,h
α , xα và xα tồn tại và duy nhất.

Bổ đề 2.1. Giả sử A : D(A) = X → X là J-đơn điệu và khả vi Frechet
trong X và L = A (h), h ∈ X, và α là số thực dương. Khi đó

||(αI + L)−1 || ≤

1
; ||(αI + L)−1 L|| ≤ 2.
α

Sự hội tụ của nghiệm hiệu chỉnh và tốc độ hội tụ được đưa ra trong
định lý sau.
Định lý 2.2. Cho J : X → X ∗ là liên tục yếu theo dãy và A : D(A) → X
là toán tử J-đơn điệu với D(A) = X. Khi đó {xα } hội tụ tới x
¯∗ là nghiệm
duy nhất của phương trình (2.1) thỏa mãn bất đẳng thức

x¯∗ , J(¯
x∗ − x∗ ) ≤ 0 ∀x∗ ∈ S.
Ngoài ra nếu A thỏa mãn các điều kiện sau:
1. A là khả vi Frechet trong X, và tồn tại một số dương K0 , để với bất
¯r (¯
kỳ v ∈ X, x ∈ B
x∗ ), trong đó r = ||¯
x∗ ||, tồn tại một phần tử

k(x, x¯∗ , v) ∈ X và ||k(x, x¯∗ , v)|| ≤ K0 ||v|| ||x − x¯∗ || sao cho (A (x) −
A (¯
x∗ ))v = A (¯
x∗ )k(x, x¯∗ , v);
2. Tồn tại ω ∈ X thỏa mãn x
¯∗ = A (¯
x∗ )ω.
Khi đó, nếu α = O(δ 1/2 + h1/2 ), ta có ||xδ,h
¯∗ || ≤ O(δ 1/2 + h1/2 ) khi
α −x

δ → 0, h → 0.
Tiếp theo ta xét phương trình hiệu chỉnh cho phương trình (2.1) trong
không gian Banach thực phản xạ X có tính xấp xỉ, với không gian liên hợp

X ∗ lồi chặt. Nếu A không có thêm tính chất J-đơn điệu mạnh hoặc đều
thì nói chung (2.1) là bài toán đặt không chỉnh. Ta xét phương pháp hiệu
chỉnh Browder-Tikhonov có dạng như sau
Ah (x) + α(x − x+ ) = fδ ,
14

||fδ − f || ≤ δ → 0.

(2.10)


Ở đây A là m-J-đơn điệu trong X, Ah cũng có tính chất m-J-đơn điệu và
thỏa mãn điều kiện xấp xỉ

||A(x) − Ah (x)|| ≤ hg(||x||),

(2.11)

hàm g(t) là bị chặn, liện tục và không âm, x+ là một phần tử thuộc X
đóng vai trò là tiêu chuẩn lựa chọn. Bằng cách chọn x+ ta có thể chọn được
nghiệm ta muốn xấp xỉ. Vì Ah là m-J-đơn điệu nên phương trình (2.10)
có nghiệm duy nhất, ký hiệu là xδ,h
α . Hơn nữa, trong [2] Alber đã chứng
minh xδ,h
α → x0 , là nghiệm duy nhất của (2.1), khi (δ + h)/α, α → 0, J là
liên tục yếu theo dãy và liên tục mạnh. Do lớp không gian Banach vô hạn
chiều có tính liên tuc yếu của J là rất nhỏ (chỉ lp ). Ở phần này ta sẽ chỉ ra
sự hội tụ của xδ,h
α mà không cần tính liên tục yếu theo dãy của J và điều
kiện duy nhất nghiệm của (2.1).
Trước tiên ta giả sử tồn tại hằng số τ > 0 để với x ∈ X thì

||A(x) − A(x0 ) − J ∗ A (x0 )∗ J(x − x0 )|| ≤ τ ||A(x) − A(x0 )||,

(2.12)

trong đó J ∗ là ánh xạ đối ngẫu của X ∗ , và x0 là một nghiệm của (2.1). Ta
có kết quả về sự hội tụ của xδ,h
α như sau
Định lý 2.3. Giả sử các điều kiện sau được thỏa mãn
1. A là khả vi Frechet tại x0 và thỏa mãn giả thiết (2.12);
2. Tồn tại một phần tử z ∈ X sao cho

A (x0 )z = x+ − x0 ,
3. Tham số α được chọn để α ∼ (δ + h)µ , 0 < µ < 1.
Thì với 0 < δ + h < 1, ta có
θ
||xδ,h
α − x0 || = O((δ + h) ), θ = min{1 − µ, µ/2}.

Xét phương trình toán tử (2.1), với A là ánh xạ m-J-đơn điệu, f ∈ X ,
trong đó X là không gian Banach thực phản xạ và lồi chặt với chuẩn khả
15


vi Gateaux đều và giả sử tập nghiệm của nó là S khác rỗng. Nếu X là trơn
thì ánh xạ đối ngẫu chuẩn tắc là đơn trị, ta sẽ kí hiệu nó bởi j .
Ta xét phương trình hiệu chỉnh sau:

A(x) + α(x − x+ ) = fδ ,

(2.13)

ở đây α > 0 là tham số hiệu chỉnh, x+ ∈ X là một phần tử dự đoán và

fδ ∈ X bất kỳ với ||fδ − f || ≤ δ → 0. Trong [2] Abel đã chỉ ra rằng hàm

ρ(α) = α||xδα − x+ ||, với xδα là nghiệm của (2.13), liên tục và đơn điệu
không giảm và nếu A liên tục tại x+ thì
lim ρ(α) = 0,

α→0

lim ρ(α) = ||Ax+ − fδ ||.

α→+∞

Sau đó cũng chính ông đã chỉ ra nếu ||Ax+ − fδ || > Kδ p , K > 2, 0 < p ≤

1, thì tồn tại ít nhất một giá trị α
¯ = α(δ) thỏa mãn ||A(xδα(δ) )−fδ || = Kδ p
và (K − 1)δ p /α(δ) ≤ 2||y0 − x+ ||. Do đó khi 0 < p < 1 ta có
δ/α(δ) ≤ 2||y0 − x+ ||δ 1−p /(K − 1) → 0, δ → 0.
Như vậy, nếu J là liên tục và liên tục yếu theo dãy thì xδα(δ) → y∗ ∈ S. Ở
phần trước, ta đã chỉ ra điều kiện để nghiệm hiệu chỉnh hội tụ tới nghiệm
của bài toán mà không cần tính liên tục yếu theo dãy của J. Trong phần
tới, cũng không cần tính chất liên tục yếu theo dãy của J và điều kiện
(2.12), ta sẽ chỉ ra sự hội tụ mạnh của thuật toán (2.13) và đưa ra tốc độ
hội tụ của nghiệm hiệu chỉnh.
Cho phần tử cố định f ∈ X , ta xác định ánh xạ u = Tf (x) bởi

Af (u) + u = x, Af (.) = A(.) − f,
cho mỗi x ∈ X. Khi đó Tf có các tính chất sau:

• D(Tf ) = X;
• Tf là ánh xạ không giãn;
• F ix(Tf ) = S.

16


Bổ đề 2.2. Giả sử C là một tập con lồi của không gian Banach X có
chuẩn khả vi Gateaux đều. Cho {xk } là một tập con bị chặn của X, z là
một phần tử thuộc C và cho µ là một giới hạn Banach. Khi đó

µk ||xk − z||2 = min µk ||xk − u||2
u∈C

nếu và chỉ nếu µk u − z, j(xk − z) ≤ 0 cho mọi u ∈ C.
Các định lý 2.4 - 2.7 chỉ ra sự hội tụ và đánh giá tốc độ hội tụ của
nghiệm hiệu chỉnh.
Định lý 2.4. Cho X là một không gian Banach thực, phản xạ và lồi chặt
với chuẩn khả vi Gateaux đều và cho A là một ánh xạ m-J-đơn điệu trên
X. Khi đó, với mỗi α > 0 và f ∈ X , phương trình

A(x) + α(x − x+ ) = f,

(2.14)

có nghiệm duy nhất xα . Hơn thế nếu có thêm tập nghiệm của (1.1) là

S = ∅ thì dãy {xα } hội tụ mạnh tới phần tử y∗ ∈ X , là nghiệm của bất
đẳng thức biến phân sau:
y∗ ∈ S : y∗ − x+ , j(y∗ − y) ≤ 0 ∀y ∈ S.

(2.15)

Ngoài ra ta còn có ||xδα − xα || ≤ δ/α, ở đây xδα là nghiệm duy nhất phương
trình (2.13), ∀α > 0 và fδ ∈ X .
Định lý 2.5. Cho X là không gian Banach thực, phản xạ và lồi chặt với
chuẩn khả vi Gateaux đều và cho A là toán tử m-J-đơn điệu trong X. Cho
f và fδ là các phần tử trong X sao cho ||fδ − f || ≤ δ → 0. Khi đó,
1. nếu có thêm tập nghiệm của (2.1) là S = ∅ và tham số α được chọn
để δ/α → 0 khi α → 0 thì {xδα } hội tụ mạnh tới phần tử y∗ ∈ X , là
nghiệm của bất đẳng thức biến phân sau:

y∗ ∈ S : y∗ − x+ , j(y∗ − y) ≤ 0, ∀y ∈ S ;

17


2. ngoài ra với các số dương bất kỳ αi và δi với i = 1, 2, ta có

||xδα11 − xδα22 || ≤ (M1 + ||x+ ||)

|α1 − α2 | δ1 + δ2
+
α1
α1

trong đó M1 là hằng số dương.
Định lý 2.6. Cho X, A và f như trong định lý 2.4 sao cho S = ∅. Giả sử
rằng tồn tại một phần tử v ∈ X để x+ − y∗ = A (y∗ )v và đạo hàm Frechet

A (.) là liên tục Lipchitz địa phương trong hình cầu
Br (y∗ ) = {x ∈ X : ||x − y∗ || ≤ ||x+ − y∗ ||}.
Khi đó, với mỗi α > 0, ta có

||xα − y∗ || ≤ 2(2L||v||2 + ||v||)α.
Định lý 2.7. Cho X, A và f như trong định lý 2.6. Giả sử rằng tồn tại
một phần tử v ∈ X để x+ − y∗ = A (y∗ )v và hoặc điều kiện trong định lý
2.6 thỏa mãn hoặc tồn tại hằng số k0 > 0 sao cho k0 ||x+ − y∗ || < 1 và

(A (x) − A (y∗ ))ω = A (y∗ )k(x, y∗ , ω), ||k(x, y∗ , ω)|| ≤ k0 ||ω|| ||x − y∗ ||,
√
∀x, ω ∈ Br˜(y∗ ), ở đây r˜ > r + δ/α. Nếu α được chọn sao cho α = O( δ),
thì
√
δ
||xα − y∗ || ≤ O( δ).
Trong [13] Ryazantseva đã xem xét thuật toán điểm gần kề kết hợp với
phương pháp hiệu chỉnh Browder-Tikhonov có dạng:

ck (A(xk+1 ) + αk xk+1 − fk ) + xk+1 = xk , x0 ∈ X,
và chỉ ra dãy {xk } sinh bởi phương trình này hội tụ mạnh tới một nghiệm
của phương trình (2.1) chỉ khi J có tính chất liên tục và liên tục yếu theo
dãy, dãy {xk } bị chặn và một số điều kiện cho ck và αk . . Ta sẽ chỉ tính bị
chặn của dãy {xk } sinh ra bởi phương trình tổng quát hơn như sau:

ck (A(xk+1 ) + αk xk+1 − fk ) + xk+1 − xk = γk (xk − xk−1 )
mà không cần tính liên tục yếu theo dãy của J.
18

(2.16)


Bổ đề 2.3. Cho {ak }, {bk }, và {ck } là ba dãy số thực dương thỏa mãn các

điều kiện sau:
1. ak+1 ≤ (1 − bk )ak + bk ck , bk < 1;
2.

∞
n=0 bk

= +∞, limk→+∞ ck = 0.

Khi đó limk→+∞ ak = 0.
Định lý sau chỉ ra sự hội tụ của nghiệm hiệu chỉnh với điều kiện ràng
buộc cho ck , αk và γk .
Định lý 2.8. Cho X, A, f như trong định lý 2.5 sao cho S = ∅ và fk ∈ X
thỏa mãn ||fk − f || ≤ δk , k → ∞. Giả sử rằng các tham số ck , αk , và γk
thỏa mãn các điều kiện sau:
1. C0 > ck > c0 > 0, γk ≥ 0, C0 và c0 là các hằng số dương,
2.

∞
k=1 τk = +∞,
∞
−1
k=1 γk τk ||xk

τk = αk ck /(1 + αk ck ),
− xk−1 || < +∞,

3. αk > 0, limk→+∞ αk = 0, và limk→+∞ Dk /τk = 0, trong đó

Dk = M1

|αk − αk+1 | δk + δk+1
+
.
αk
αk

Khi đó, dãy {xk } xác định bởi phương trình (2.16) hội tụ mạnh tới y∗ là
nghiệm của (2.15), khi k → +∞.

2.2

Phương pháp hiệu chỉnh Newton-Kantorovich

Trong phần này chúng ta tìm nghiệm cho phương trình phi tuyến không
chỉnh (2.1) với A là toán tử m-J-đơn điệu, dựa vào phương pháp hiệu chỉnh
Newton-Kantorovich. Ta luôn giả sử rằng tập nghiệm của (2.1), ký hiệu là
S khác rỗng, và thay cho f, ta chỉ biết xấp xỉ fδ thỏa mãn

||fδ − f || ≤ δ → 0.

(2.17)

Nếu như A không có tính chất J-đơn điệu đều hoặc mạnh thì phương trình
(2.1) nói chung là không chỉnh. Để giải bài toán (2.1), ta dùng các phương
19


pháp ổn định như phương pháp hiệu chỉnh Browder-Tikhonov (2.13) đã
trình bày ở phần trước. Tuy nhiên khi A là toán tử phi tuyến thì bài

toán này cũng là phi tuyến, do đó khó giải quyết trong thực tế. Để khắc
phục điều này, một phương pháp ổn định khác là phương pháp hiệu chỉnh
Newton-Kantorovich trong không gian Hilbert H được Bukushinskii [5]
đưa ra như sau:

z0 ∈ H, A(zn ) + A (zn )(zn+1 − zn ) + αn zn+1 = fδ .

(2.18)

Sau đó Bakushinskii và Smirnova [6] đã tìm ra sự hội tụ của (2.18) với quy
tắc dừng hậu nghiệm :

||A(zN ) − fδ ||2 ≤ τ δ < ||A(zn ) − fδ ||2 , 0 ≤ n < N = N (δ),

(2.19)

với điều kiện ||A (x)|| ≤ 1 ∀x ∈ H và A là liên tục L-Lipchitz, ở đây τ > 1
là một số cố định. Phương pháp (2.18) đã được Abel và Ryazantseva [4]
mở rộng từ không gian Hilbert vào không gian Banach với dạng sau:

z0 ∈ X, A(zn ) + A (zn )(zn+1 − zn ) + αn J s (zn+1 ) = fδ ,
chỉ với điều kiện

||A (x)|| ≤ ϕ(||x||),

(2.20)

trong đó ϕ(t) là hàm không âm, không giảm với mọi t ≥ 0, A là ánh xạ
đơn điệu từ X vào X ∗ . Ta biết rằng nếu A là khả vi Gateaux và J-đơn
điệu thì A (z)(.) cũng là ánh xạ J-đơn điệu cho mỗi z cố định thuộc X.

Hơn nữa, A (z)(.)là tuyến tính và liên tục, do vậy nó là liên tục yếu. Từ
đó, phương trình

z0 ∈ X, A(zn ) + A (zn )(zn+1 − zn ) + αn (zn+1 − x+ ) = fδ

(2.21)

có nghiệm duy nhất zn+1 , cho mỗi số nguyên n ≥ 0, với αn , δ > 0.
Để giải bài toán (2.1) với điều kiện (2.17), chúng ta sẽ chứng minh định
lý hội tụ mạnh cho phương pháp hiệu chỉnh Newton-Kantorovich (2.21)
với quy tắc dừng hậu nghiệm (2.19) và điều kiện (2.20) mà không có điều
kiện nhiễu vế phải, tức là ta xem xét phương pháp lặp sau:

x0 ∈ X, A(xn ) + A (xn )(xn+1 − xn ) + αn (xn+1 − x+ ) = f.
20

(2.22)


Định lý dưới đây sẽ chỉ ra sự hội tụ mạnh của dãy {xn }.
Định lý 2.9. Cho X là không gian Banach thực, phản xạ và lồi chặt với
chuẩn khả vi Gateaux đều và cho A là một ánh xạ m-J-đơn điệu, khả vi
Frechet hai lần trên X với điều kiện (2.20). Giả sử rằng dãy {αn }, số thực
d và điểm ban đầu x0 thỏa mãn các điều kiện sau:
1. {αn } là dãy đơn điệu giảm với 0 < αn < 1 và tồn tại σ > 0 thỏa mãn

αn+1 ≥ σαn với mọi n = 0, 1, ...;
2.

ϕ0 ||x0 − xα0 ||

≤ q < 1, ϕ0 = ϕ(d + γ),
2σα0
trong đó số dương γ được tìm từ giới hạn

2σα0
≤ γ, d ≥ 2||x∗ − x+ || + ||x+ ||,
ϕ0

(2.23)

ở đây x∗ là nghiệm bất đẳng thức biến phân sau:

x∗ ∈ S : x∗ − x+ , J(x∗ − y) ≤ 0 ∀y ∈ S,

(2.24)

và xα0 là nghiệm của phương trình

A(x) + αn (x − x+ ) = f,

(2.25)

với n = 0;
3.

αn − αn+1
q − q2
ϕ0 d
≤
,

c
=
.
1
αn2
c1
2σ 2
Khi đó limn→+∞ ||xn − x∗ || = 0.

Định lý 2.10. Cho X, A, và αn như trong định lý 2.9 với toán tử A liên
tục L-Lipchitz và điều kiện thứ nhất được thỏa mãn. Cho τ > 1 trong
(2.19) được chọn sao cho

√
ϕ||z
˜ 0 − xα0 ||
3dL
≤ q, 0 < q < 1 −
, ϕ˜ = ϕ0 + 2L2 /˜
τ , τ˜ = ( τ − 1)2 ,
2σα0
τ˜σ
(2.26)
21


ở đây d được xác định như trong định lý 2.9, số dương γ được lấy từ giới
hạn (2.23) với ϕ0 được thay bởi ϕ˜, và

αn − αn+1 d

2Lσ
+
≤
q.
αn2
τ˜
ϕ˜
˜τ

(2.27)

Khi đó
1. Cho n = 0, 1, ....., N (δ),

ϕ||z
˜ n − xαn ||
≤ q,
2σαn
ở đây zn là nghiệm của (2.21) và N (δ) được chọn bởi (2.19).
2. Dãy {N (δ)} là chấp nhận được, tức là,

lim ||zN (δ) − y|| = 0,

δ→0

trong đó y ∈ S . Nếu N (δ) → ∞ khi δ → 0, thì y = x∗ .

22

(2.28)

Kết luận
Sau một thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn của GS. TS. Nguyễn Bường
luận văn đã được hoàn thành. Luận văn giới thiệu về bài toán đặt không
chỉnh và phương trình với toán tử loại J-đơn điệu. Trình bày phương pháp
hiệu chỉnh Browder-Tikhonov cho phương trình phi tuyến không chỉnh loại
J-đơn điệu khi J có tính liên tục yếu theo dãy và khi nó không có tính
chất này. Cuối cùng, chúng tôi giới thiệu về phương pháp hiệu chỉnh lặp
Newton-Kantorovich. Trong luận văn các định lý đã được chứng minh chi
tiết. Các vấn đề đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả nghiên cứu gần
đây của GS.TS Nguyễn Bường và đồng nghiệp.

23