Existence theory for $\psi$-Caputo fractional differential equations

  • Nadhir Bendrici Laboratory of Dynamic Systems, University of Science and Technology Houari Boumediene, Bab ezzouar, Algeria
  • Abdellatif Boutiara Department of Mathematics and Computer Science, University of Ghardaia, Algeria
  • Malika Boumedien-Zidani Laboratory of Dynamic Systems, University of Science and Technology Houari Boumediene, Bab ezzouar, Algeria

Анотація

УДК 517.9

Теорія існування для дробово-раціональних $\psi$-Капуто рівнянь

Метою цієї роботи є розв'язання нелокальної крайової задачі для певного типу нелінійних диференціальних рівнянь з частинними похідними, що містять колективну дробову похідну, відому як дробовий оператор $\psi$-Капуто. Дробовий оператор, що використовується, згенеровано ядром. Він має вигляд $k(t,s)=\psi (t)-\psi(s).$  Існування розв'язків вищезгаданих рівнянь досліджується за допомогою теореми Монча про фіксовану точку в поєднанні з технікою мір некомпактності. Крім того, обговорено проблему стійкості для основної системи дробових рівнянь в рамках критеріїв стійкості Улама–Хаєрса.  Насамкінець наведено приклад, який ілюструє життєздатність отриманих результатів.

Посилання

M. S. Abdo, T. Abdeljawad, S. M. Ali, K. Shah, F. Jarad, Existence of positive solutions for weighted fractional order differential equations, Chaos, Solitons and Fractals, 141, Article 110341 (2020).

M. S. Abdo, Further results on the existence of solutions for generalized fractional quadratic functional integral equations, J. Math. Anal. Model., 1, № 1, 33–46 (2020).

M. S. Abdo, A. G. Ibrahim, S. K. Panchal, Nonlinear implicit fractional differential equation involving $ψ $-Caputo fractional derivative, Proc. Jangjeon Math. Soc., 22, № 3, 387–400 (2019).

N. Adjimi, A. Boutiara, M. S. Abdo, M. Benbachir, Existence results for nonlinear neutral generalized Caputo fractional differential equations, J. Pseudo-Different. Oper. and Appl., 12, № 2, 1–17 (2021).

R. P. Agarwal, M. Meehan, D. O'Regan, Fixed point theory and applications, Cambridge Tracts in Mathematics, 141, Cambridge University Press, Cambridge (2001).

O. P. Agrawal, Some generalized fractional calculus operators and their applications in integral equations, Fract. Calc. and Appl. Anal., 15, № 4, 700–11(2012).

I. Ahmed, P. Kumam, T. Abdeljawad, F. Jarad, P. Borisut, M. A. Demba, W. Kumam, Existence and uniqueness results for $φ$-Caputo implicit fractional pantograph differential equation with generalized anti-periodic boundary condition, Adv. Different. Equat., 1, 1–19 (2020).

R. R. Akhmerov, M. I. Kamenskii, A. S. Patapov et al., Measures of noncompactness and condensing operators, Birkhäuser-Verlag, Basel (1992).

R. Almeida, A Caputo fractional derivative of a function with respect to another function, Commun. Nonlinear Sci., 44, 460–481 (2017).

R. Almeida, Fractional differential equations with mixed boundary conditions, Bull. Malays. Math. Sci. Soc., 42, № 4, 1687–1697 (2019).

R. Almeida, A. B. Malinowska, M. T. T. Monteiro, Fractional differential equations with a Caputo derivative with respect to a kernel function and their applications, Math. Meth. and Appl. Sci., 2018, № 41, 336–352 (2018).

J. Banas, K. Goebel, Measures of noncompactness in Banach spaces, Lecture Notes in Pure and Appl. Math., Marcel Dekker, New York (1980).

M. Benchohra, J. R. Graef, S. Hamani, Existence results for boundary value problems with non-linear fractional differential equations, Appl. Anal., 87, 851–863 (2008).

A. Berhail, N. Tabouche, M. M. Matar, Jehad Alzabut, On nonlocal integral and derivative boundary value problem of nonlinear Hadamard–Langevin equation with three different fractional orders, Bol. Soc. Mat. Mexicana, 1–16 (2020).

A. Boutiara, M. S. Abdo, M. Benbachir, Existence results for $ψ$-Caputo fractional neutral functional integro-differential equations with finite delay, Turk. J. Math., 44, 2380–2401(2020).

A. Boutiara, S. Etemad, A. Hussain, S. Rezapour, The generalized U-H and U-H stability and existence analysis of a coupled hybrid system of integro-differential IVPs involving $φ$-Caputo fractional operators, Adv. Difference Equat., 95, 1–21 (2021); https://doi. org/10. 1186/s13662-021-03253-8.

A. Boutiara, Mixed fractional differential equation with nonlocal conditions in Banach spaces, J. Math. Model., 9, № 3, 451–463 (2021).

A. Boutiara, M. Benbachir, K. Guerbati, Measure of noncompactness for nonlinear Hilfer fractional differential equation in Banach spaces, Ikonion J. Math., 1, № 2, 55–67 (2019).

C. Derbazi, H. Hammouche, Caputo–Hadamard fractional differential equations with nonlocal fractional integro-differential boundary conditions via topological degree theory, AIMS Math., 5, № 3, 2694–2709 (2020).

R. Hilfer, Applications of fractional calculus in physics, World Sci., Singapore (2000).

F. Jarad, T. Abdeljawad, Generalized fractional derivatives and Laplace transform, Disc. Conti. Dyn. Sys.-S, 13, № 3, Article 709 (2020).

A. A. Kilbas, H. M. Srivastava, J. J. Trujillo, Theory and applications of fractional differential equations, North-Holland Mathematics Studies, 204. Elsevier Science B. V., Amsterdam (2006).

A. D. Mali, K. D. Kucche, Nonlocal boundary value problem for generalized Hilfer implicit fractional differential equations, Math. Methods Appl. Sci., 43, № 15, 8608–8631 (2020).

K. S. Miller, B. Ross, An introduction to the fractional calculus and differential equations, John Wiley, New York (1993).

H. Mönch, Boundary value problems for nonlinear ordinary differential equations of second order in Banach spaces, Nonlinear Anal., 4, 985–999 (1980).

S. K. Ntouyas, D. Vivek, Existence and uniqueness results for sequential $ψ$-Hilfer fractional differential equations with multi-point boundary conditions, Acta Math. Univ. Comenianae, 1–15 (2021).

K. B. Oldham, Fractional differential equations in electrochemistry, Adv. Eng. Softw., 41, Article 912 (2010).

I. Podlubny, Fractional differential equations, Academic Press, New York (1999).

S. G. Samko, A. A. Kilbas, O. I. Marichev, Fractional integrals and derivatives, theory and applications, Gordon and Breach, Yverdon (1993).

W. Shatanawi, A. Boutiara, M. S. Abdo, M. B. Jeelani, K. Abodayeh, Nonlocal and multiple-point fractional boundary value problem in the frame of a generalized Hilfer derivative, Adv. Difference Equat., 1, 1–19 (2021).

J. V. D. C. Sousa, F. Jarad, T. Abdeljawad, Existence of mild solutions to Hilfer fractional evolution equations in Banach space, Ann. Funct. Anal., 12, № 1, 1–16 (2021).

S. Szufla, On the application of measure of noncompactness to existence theorems, Rend. Semin. Mat. Univ. Padova, 75, 1–14 (1986).

V. E. Tarasov, Fractional dynamics: application of fractional calculus to dynamics of particles, fields and media, Springer, Heidelberg and Higher Education Press, Beijing (2010).

Опубліковано
30.09.2024
Як цитувати
BendriciN., BoutiaraA., і Boumedien-ZidaniM. «Existence Theory for $\psi$-Caputo Fractional Differential Equations». Український математичний журнал, вип. 76, вип. 9, Вересень 2024, с. 1291 -03, doi:10.3842/umzh.v76i9.7669.
Розділ
Статті