Calculus of variations on time scales and discrete fractional calculus

Abstract

Estudamos problemas do cálculo das variações e controlo óptimo no contexto das escalas temporais. Especificamente, obtemos condições necessárias de optimalidade do tipo de Euler–Lagrange tanto para lagrangianos dependendo de derivadas delta de ordem superior como para problemas isoperimétricos. Desenvolvemos também alguns métodos directos que permitem resolver determinadas classes de problemas variacionais através de desigualdades em escalas temporais. No último capítulo apresentamos operadores de diferença fraccionários e propomos um novo cálculo das variações fraccionário em tempo discreto. Obtemos as correspondentes condições necessárias de Euler– Lagrange e Legendre, ilustrando depois a teoria com alguns exemplos.

We study problems of the calculus of variations and optimal control within the framework of time scales. Specifically, we obtain Euler–Lagrange type equations for both Lagrangians depending on higher order delta derivatives and isoperimetric problems. We also develop some direct methods to solve certain classes of variational problems via dynamic inequalities. In the last chapter we introduce fractional difference operators and propose a new discrete-time fractional calculus of variations. Corresponding Euler–Lagrange and Legendre necessary optimality conditions are derived and some illustrative examples provided.