Рассмотрим следующую краевую задачу для дифференциального оператора второго порядка с суммируемым потенциалом:
(1)
с многоточечными граничными условиями:
(2)
,
на коэффициенты в дальнейшем будут наложены дополнительные условия.
Методика нахождения асимптотики решений дифференциального уравнения (1) при больших значениях спектрального параметра l в случае суммируемого потенциала q(x) изложена автором в работах [1, 2].
Теорема 1. Пусть , причём зафиксируем ту ветвь корня, для которой .
Общее решение дифференциального уравнения (1) имеет следующий вид:
(3)
где и – произвольные постоянные, при этом линейно независимые решения и имеют при следующие асимптотики:
(4)
(5)
аналогичные формулы справедливы для функций и .
Подставляя формулы (3), (4), (5) в граничные условия (2), приходим к следующему выводу.
Теорема 2. Уравнение на собственные значения краевой задачи (1) – (2) имеет следующий вид
(6)
Введем следующую замену:
(7)
Тогда уравнение (6) с помощью формул (4), (5), (7) принимает вид
(8)
где
Основное приближение уравнения (8) представляет собой уравнение , которое всегда имеет корни и , и ещё какие-то четыре корня. Очень важный вид граничных условий вида (2) получается в случае
(9)
Соотношения (9) наблюдаются очень часто, например, если – любое, – любое , .
В случае (9) уравнение имеет критические корни:
(10)
Аналогично работе [3] получаем следующий результат.
Теорема 3. В случае (9) – (10) асимптотику собственных значений краевой задачи (1) – (2) следует искать в следующем виде:
где коэффициенты , зависят от q(x) и могут быть найдены методами работ [1] и [3].