Der Klammerausdruck und die vollständigen Systeme.
199
Satz 2: Besitzen zwei lineare partielle Differentialgleichungen AJ = 0
und A 2 f = 0 eine gemeinsame Lösung, so befriedigt dieselbe auch die
durch Klammeroperation entstehende Gleichung
(A 1 A 2 ) = A x (A 2 f) A 2 (AJ) = 0,
(Offenbar gilt dieser von Jacobi herrührende Satz nicht nur für
drei Veränderliche, sondern allgemein. Daher haben wir ihm auch
seine allgemeinere Fassung gegeben.)
Jetzt haben wir drei lineare partielle Differentialgleichungen in
drei Veränderlichen vor uns:
AJ = 0, AJ-O, {A i f,A,f) = 0.
Sie besitzen die gemeinsame Lösung u. Nach Satz 1 des § 2 besteht
also zwischen ihren linken Seiten eine lineare Relation. Dieselbe
enthält sicher den Klammerausdruck (A 1 A 2 ), sobald wir voraussetzen,
dass A 1 f=0 und A 2 f — 0 von einander unabhängig sind, d. h. keine
Relation zwischen AJ' und A 2 f allein besteht. Wir können demnach
jene Relation so schreiben:
(^1^2) — Qi -f- Q^A 2 f.
Also ergiebt sich:
Satz 3: Haben zwei (-unabhängige) lineare partielle Differential
gleichungen A x f — 0 und A 2 f = 0 in drei Veränderlichen eine gemein
same Lösung, so besteht eine Relation von der Form:
OM2) = 0iO»,«/, *)Af + 02 V, ¿)Af
identisch für alle Werte von f
Wir werden nun erkennen, dass umgekehrt die Existenz einer
solchen Relation
(8) (A t A 2 ) = q x AJ -(- q 2 Af
nach sich zieht, dass AJ’= 0 und A 2 f = 0 eine gemeinsame Lösung
besitzen.
Um dies nachzuweisen, werden wir die beiden Gleichungen A x f = 0
und A 2 f =0 in besonderer Form schreiben. Zunächst können wir
sie allgemein durch zwei Gleichungen
(0) l t f=i i A i f+3i,A i f=0, A 1 f= iil A 1 f+fiA.J=0
ersetzen, sobald A 1 g 2 — A^eIeO ist. Dann ist:
(Ajf,A 2 f) = (A l A 1 -j-/i 2 A 2 , g 1 A 1 + ^2^2)
= Aj fi x (A x Af) -j- A x p 2 (A x A 2 ) -{- A 2 fi x (A 2 Af) -j- A 2 g 2 (A 2 A 2 ) -f-
+ (^i • (A x • A lt i 2 -f- A 2 • A 2 g 2 )A 2 f—
(ih ’ + i w 2 ’ ^¿Äf) A x f ([i x - A x A 2 g 2 • A 2 L 2 ) A 2 f.