Ранг линейного обыкновенного дифференциального уравнения
Ранг лине́йного обыкнове́нного дифференциа́льного уравне́ния в комплексной области– число , гдеКоэффициенты уравнения (1) – сходящиеся при больших рядыПонятие ранга употребляется только тогда, когда – особая точка дифференциального уравнения (1). Ранг дифференциального уравнения называют также рангом особой точки . Если эта точка – регулярная особая точка, то ; если иррегулярная особая точка, то . Число называется подрангом. Ранг уравнения – целое или дробное число. Если подранг дробный, со знаменателем , то подранг уравнения, полученного из (1) заменой переменной , будет целым. Ранг уравнения инвариантен относительно замены переменной вида , где функция голоморфна и отлична от нуля в точке .
Понятие ранга уравнения и особой точки используется при исследовании структуры решений уравнения (1) на бесконечности. Пусть – многочлен степени , – формальный ряд, – целое число. Рядназывается нормальным (соответственно поднормальным) порядка , если (соответственно ). Решение уравнения (1), представимое сходящимся в окрестности точки нормальным (поднормальным) рядом, называется нормальным (поднормальным) решением того же порядка (см. Айнc. 1939; Латышева. 1974).
Порядок нормального (поднормального) решения не превосходит ранга уравнения; это верно и для формальных решений вида (2). Если ранг уравнения (1) целый, то оно имеет по крайней мере одно формальное решение вида (2) порядка . Подстановка не меняет ранг уравнения. Если подранг , где , – взаимно простые целые числа и , то уравнение имеет не менее формальных решений вида (2) порядка .
Уравнением Гамбургера называется уравнение (1) с рациональными коэффициентами, если оно имеет ровно две особые точки: регулярную и иррегулярную . Для уравнения Гамбургера получены достаточные условия, при которых оно имеет нормальные решения, а при – необходимые и достаточные условия существования нормальных и поднормальных решений (см. Айнc. 1939).
Понятие ранга вводится и в том случае, когда уравнение (1) имеет конечную особую точку (см. Айнc. 1939, Латышева. 1974).
В случае линейной системы из обыкновенных дифференциальных уравнений в комплексной областигде – целое число, матрица-функция голоморфна в точке и , число называется рангом системы (3), или рангом особой точки , число – её подрангом (см. Коддингтон. 1958; Камке. 1976; Вазов. 1968). Если , то точка – регулярная особая точка; в отличие от скалярного уравнения (1), точка может быть регулярной особой, если (см. Коддингтон. 1958).