Hindawi Publishing Corporation Advances in Mathematical Physics Volume 2013, Article ID 893254, 10 pages http://dx.doi.org/10.1155/2013/893254 Research Article Semigroup Method on a MX/G/1 Queueing Model Alim Mijit Xinjiang Radio & TV University, Urumqi 830049, China Correspondence should be addressed to Alim Mijit; alimjanmijit@yahoo.com.cn Received 24 December 2012; Revised 20 March 2013; Accepted 21 March 2013 Academic Editor: B. G. Konopelchenko Copyright © 2013 Alim Mijit. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. By using the Hille-Yosida theorem, Phillips theorem, and Fattorini theorem in functional analysis we prove that the MX /G/1 queueing model with vacation times has a unique nonnegative time-dependent solution. 1. Introduction Hypothesis 1. The model has a nonnegative time-dependent solution. The queueing system when the server become idle is not new. Miller [1] was the first to study such a model, where the server is unavailable during some random length of time for the M/G/1 queueing system. The M/G/1 queueing models of similar nature have also been reported by a number of authors, since Levy and Yechiali [2] included several types of generalizations of the classical M/G/1 queueing system. These generalizations are useful in model building in many real life situations such as digital communication, computer network, and production/inventory system [3–5]. At present, however, most studies are devoted to batch arrival queues with vacation because of its interdisciplinary character. Considerable efforts have been devoted to study these models by Baba [6], Lee and Srinivasan [7], Lee et al. [8, 9], Borthakur and Choudhury [10], and Choudhury [11, 12] among others. However, the recent progress of MX /G/1 type queueing models of this nature has been served by Chae and Lee [13] and Medhi [14]. In 2002, Choudhury [15] studied the MX /G/1 queueing model with vacation times. By using the supplementary variable technique [16] he established the corresponding queueing model and obtained the queue size distribution at a stationary (random) as well as a departure point of time under multiple vacation policy based on the following hypothesis. “The time-dependent solution of the model converges to a nonzero steady-state solution.” By reading the paper we find that the previous hypothesis, in fact, implies the following two hypothesis. Hypothesis 2. The time-dependent solution of the model converges to a nonzero steady-state solution. In this paper we investigate Hypothesis 1. By using the Hille-Yosida theorem, Phillips theorem, and Fattorini theorem we prove that the model has a unique nonnegative timedependent solution, and therefore we obtain Hypothesis 1. According to Choudhury [15], the MX /G/1 queueing system with vacation times can be described by the following system of equations: ∞ đđ (đĄ) = −đđ (đĄ) + ∫ đ (đĽ) đ0,0 (đĽ, đĄ) đđĽ đđĄ 0 ∞ + ∫ đ (đĽ) đ1,1 (đĽ, đĄ) đđĽ, 0 đđ0,0 (đĽ, đĄ) đđ0,0 (đĽ, đĄ) + = − [đ + đ (đĽ)] đ0,0 (đĽ, đĄ) , đđĄ đđĽ đđ0,đ (đĽ, đĄ) đđ0,đ (đĽ, đĄ) + đđĄ đđĽ = − [đ + đ (đĽ)] đ0,đ (đĽ, đĄ) đ + đ ∑ đđ đ0,đ−đ (đĽ, đĄ) , đ=1 đđ1,đ (đĽ, đĄ) đđ1,đ (đĽ, đĄ) + đđĄ đđĽ đ ≥ 1, 2 Advances in Mathematical Physics = − [đ + đ (đĽ)] đ1,đ (đĽ, đĄ) đ + đ ∑ đđ đ1,đ−đ+1 (đĽ, đĄ) , If we take state space óľ¨óľ¨ đ = (đ, đ , đ , . . .) óľ¨óľ¨ 0 0,0 0,1 { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ ∈ R × đż1 [0, ∞) × đż1 [0, ∞) × ⋅ ⋅ ⋅ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ đ = (đ , đ , đ , . . .) { óľ¨óľ¨ 1 { 1,1 1,2 1,3 { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ ∈ đż1 [0, ∞) × đż1 [0, ∞) { { óľ¨óľ¨ { đ = {(đ0 , đ1 ) óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ × đż1 [0, ∞) × ⋅ ⋅ ⋅ { óľ¨ ∞ { { óľ¨óľ¨óľ¨ óľŠóľŠ { { óľ¨óľ¨ óľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠóľŠ = |đ| + ∑óľŠóľŠóľŠóľŠđ0,đ óľŠóľŠóľŠóľŠ 1 { đż [0,∞) { óľ¨óľ¨ { óľ¨óľ¨ { đ=0 { óľ¨ { ∞ { óľ¨óľ¨óľ¨ { óľŠ óľŠ { óľ¨óľ¨ { + ∑óľŠóľŠóľŠđ1,đ óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) < ∞ óľ¨óľ¨ óľ¨ đ=1 { đ ≥ 1, đ=1 đ0,0 (đĄ) = đđ (đĄ) , đ0,đ (0, đĄ) = 0, đ ≥ 1, ∞ đ1,đ (0, đĄ) = ∫ đ (đĽ) đ0,đ (đĽ, đĄ) đđĽ 0 ∞ + ∫ đ (đĽ) đ1,đ+1 (đĽ, đĄ) đđĽ, 0 đ0,đ (đĽ, 0) = 0, đ (0) = 1, đ1,đ (đĽ, 0) = 0, đ ≥ 1, đ ≥ 0, đ ≥ 1, (1) where (đĽ, đĄ) ∈ [0, ∞) × [0, ∞); đ(đĄ) represents the probability that there is no customer in the system and the server is idle at time đĄ; đ0,đ (đĽ, đĄ)đđĽ (đ ≥ 0) represents the probability that at time đĄ there are đ customers in the system and the server is on a vacation with elapsed vacation time of the server lying in [đĽ, đĽ + đđĽ). đ1,đ (đĽ, đĄ)đđĽ (đ ≥ 1) represents the probability that at time đĄ there are đ customers in the system with elapsed service time of the customer undergoing service lying in [đĽ, đĽ + đđĽ). đ is batch arrival rate of customers. đđ (đ ≥ 1) represents the probability that at every arrival epoch a batch of đ external customers arrives and satisfies ∑∞ đ=1 đđ = 1. đ(đĽ) is the vacation rate of the server, which satisfies đ (đĽ) ≥ 0, then it is obvious that đ is a Banach space. In the following we define operators and their domains; đ´ (đ0 , đ1 ) −đ 0 0 đ 0 − 0 (( đđĽ ( = (( đ 0 0 − đđĽ .. .. .. . . . (( − (2) 0 .. ( . đ(đĽ) is the service rate of the server satisfying đ (đĽ) ≥ 0, 0 0 0 .. . 0 đ (đĽ) 0 0 0 đ (đĽ) Γ3 = (0 0 0 .. .. .. . . . 0 .. . ⋅⋅⋅ đ1,1 (đĽ) ) ) đ 0 ⋅ ⋅ ⋅) 1,2 (đĽ) ) ) (đ1,3 (đĽ))) , ) ) đ − ⋅⋅⋅ .. đđĽ . .. . d) ) ⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅) , d đ (đ0 , đ1 ) (3) 0 ⋅⋅⋅ 0 0 ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅) , Γ2 = (0 .. . d đ − đđĽ 0 đ đ0,0 (đĽ) ) ) (đ0,1 (đĽ)) , ⋅⋅⋅ .. . d) ⋅⋅⋅ óľ¨óľ¨ đđ (đĽ) đđ (đĽ) 1,đ óľ¨óľ¨ 0,đ { , ∈ đż1 [0, ∞) , óľ¨óľ¨ { { óľ¨ { đđĽ đđĽ óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ đ0,đ (đĽ) , đ1,đ (đĽ) (đ ≥ 0, đ ≥ 1) { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ are absolutely continuous { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ functions and satisfy { { óľ¨óľ¨ ∞ = {(đ0 , đ1 ) ∈ đ óľ¨óľ¨óľ¨ đ (0) = ∫ Γ đ (đĽ) đđĽ, 1 0 óľ¨óľ¨ 0 { { óľ¨óľ¨ 0 { { óľ¨óľ¨ { ∞ { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ đ1 (0) = ∫ Γ2 đ0 (đĽ) đđĽ { { óľ¨óľ¨ { { 0 óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ ∞ { { óľ¨óľ¨ { óľ¨óľ¨ + ∫ Γ3 đ1 (đĽ) đđĽ óľ¨ óľ¨ { 0 ∫ đ (đĽ) đđĽ = ∞. We first formulate the system (1) as an abstract Cauchy problem on a suitable state space. For convenience we take some notations as follows: 0 0 0 .. . 0 ⋅⋅⋅ đˇ (đ´) ∞ 2. Problem Formulation đ−đĽ đđ−đĽ Γ1 = ( 0 .. . đ đđĽ ( 0 ( ( ( 0 ∞ ∫ đ (đĽ) đđĽ = ∞. } } } } } } } } } } } } } } } } , } } } } } } } } } } } } } } } } } (5) 0 đ (đĽ) 0 0 0 đ (đĽ) 0 0 0 .. .. .. . . . ⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅) . d (4) 0 0 = ((0 0 .. (( . 0 0 đĚ 0 đđ1 đĚ đđ2 đđ1 .. .. . . 0 0 0 đĚ .. . ⋅⋅⋅ đ ⋅⋅⋅ đ0,0 (đĽ) ⋅ ⋅ ⋅) (đ0,1 (đĽ)) , ⋅⋅⋅ đ0,2 (đĽ) .. d) ( . ) } } } } } } } } } } } } } } } } } } , } } } } } } } } } } } } } } } } } } } Advances in Mathematical Physics Ěđ 0 0 0 ⋅⋅⋅ đđ2 Ěđ 0 0 ⋅⋅⋅ 3 đđ0,đ (đĽ) = −đžđ0,đ (đĽ) + đŚ0,đ (đĽ) , đđĽ đđ1,đ (đĽ) = −đžđ1,đ (đĽ) + đŚ1,đ (đĽ) , đđĽ đ0,0 (0) = đđ, đ1,1 (đĽ) đ1,2 (đĽ) ( ) ) (đđ đđ Ěđ 0 ⋅ ⋅ ⋅) (đ (đĽ))) 2 ( 3 ) ( 1,3 )) , ( ) ) đ1,4 (đĽ) đđ4 đđ3 đđ2 Ěđ ⋅ ⋅ ⋅ .. .. .. .. .. . ) . . . d) ( ( . ) đ0,đ (0) = 0, (10) đ ≥ 1, (11) (12) đ ≥ 1, (13) ∞ (6) đ1,đ (0) = ∫ đ (đĽ) đ0,đ (đĽ) đđĽ 0 where đĚ = −[đ + đ(đĽ)], Ěđ = −[đ + đ(đĽ)] + đđ1 , (14) ∞ + ∫ đ (đĽ) đ1,đ+1 (đĽ) đđĽ, đ¸ (đ0 , đ1 ) đ ≥ 1. 0 ∞ ∞ 0 0 Through solving (9)–(11), we have ∫ đ (đĽ) đ0,0 (đĽ) đđĽ + ∫ đ (đĽ) đ1,1 (đĽ) đđĽ = (( đ ≥ 0, đ= ), 0 .. . 1 đŚ , đž+đ đ (15) đĽ đ0,đ (đĽ) = đ0,đ đ−đžđĽ + đ−đžđĽ ∫ đŚ0,đ (đ) đđžđ đđ, đ ≥ 0, (16) đ1,đ (đĽ) = đ1,đ đ−đžđĽ + đ−đžđĽ ∫ đŚ1,đ (đ) đđžđ đđ, đ ≥ 1. (17) 0 đĽ 0 (0)) , .. . 0 Combining (16) with (12) and (13), we obtain đˇ (đ) = đˇ (đ¸) = đ. đ0,0 = đ0,0 (0) = đđ = (7) Then the previous system of equations (1) can be rewritten as an abstract Cauchy problem in the Banach space đ: đ (đ0 , đ1 ) (đĄ) = (đ´ + đ + đ¸) (đ0 , đ1 ) (đĄ) , đđĄ đ0,đ = đ0,đ (0) = 0, (18) đ ≥ 1. (19) Substituting (19) into (16), it follows that đĽ ∀đĄ ∈ [0, ∞) , đ0,đ (đĽ) = đ−đžđĽ ∫ đŚ0,đ (đ) đđžđ đđ, 0 1 0 (đ0 , đ1 ) (0) = ((0) , (0)) . .. .. . . đ ≥ 1. (20) By combining (15), (16), (17), and (20) with (14), we deduce đ1,đ = đ1,đ (0) (8) ∞ đĽ = ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ0,đ (đ) đđžđ đđ đđĽ 0 3. Well-Posedness of The System (8) 0 ∞ + đ1,đ+1 ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ đđĽ 0 Theorem 1. If đ = supđĽ∈[0,∞) đ(đĽ) < ∞, đ = supđĽ∈[0,∞) đ(đĽ)< ∞, then đ´ + đ + đ¸ generates a positive contraction đś0 semigroup đ(đĄ). Proof. We split the proof of the theorem into four steps. Firstly, we prove that (đžđź − đ´)−1 exists and is bounded for some đž. Secondly, we show that đˇ(đ´) is dense in đ. Thirdly, we verify that đ and đ¸ are bounded linear operators. Thus by using the Hille-Yosida theorem and the perturbation theorem of đś0 -semigroup we deduce that đ´ + đ + đ¸ generates a đś0 semigroup đ(đĄ). Finally, we check that đ´ + đ + đ¸ is dispersive, and therefore we obtain the desired result. For any given (đŚ0 , đŚ1 ) ∈ đ, we consider the equation (đžđź− đ´)(đ0 , đ1 ) = (đŚ0 , đŚ1 ); that is, (đž + đ) đ = đŚđ, đ đŚ , đž+đ đ (9) ∞ đĽ 0 0 + ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ1,đ+1 (đ) đđžđ đđ đđĽ, đ ≥ 1, (21) ół¨⇒ ∞ đ1,đ − đ1,đ+1 ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ đđĽ 0 ∞ đĽ = ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ0,đ (đ) đđžđ đđ đđĽ 0 0 ∞ đĽ 0 0 + ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ1,đ+1 (đ) đđžđ đđ đđĽ. If we set (22) 4 Advances in Mathematical Physics ∞ 1 − ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ đđĽ 0 0 0 ∞ − ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ đđĽ (0 C=( ( 0 1 0 1 .. (. .. . .. . 0 ⋅⋅⋅ 0 ⋅ ⋅ ⋅) ), ) −đžđĽ − ∫ đ (đĽ) đ đđĽ ⋅ ⋅ ⋅ ∞ 0 (23) .. . d) đ1,1 đ1,2 đ1â = (đ1,3 ) , .. . then (21) can be rewritten as follows: ∞ đĽ ∞ đĽ 0 ∞ 0 đĽ 0 ∞ 0 đĽ 0 0 0 0 ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ0,1 (đ) đđžđ đđ đđĽ + ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ1,2 (đ) đđžđ đđ đđĽ (24) Cđ1â = (∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ0,2 (đ) đđžđ đđ đđĽ + ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ1,3 (đ) đđžđ đđ đđĽ) . .. . ( ) It is easy to calculate ∞ ∞ 0 0 ∞ 2 3 ∞ 1 ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ đđĽ (∫ đ(đĽ)đ−đžđĽ đđĽ) (∫ đ(đĽ)đ−đžđĽ đđĽ) ⋅ ⋅ ⋅ C−1 ( (0 ( =( ( ( 0 .. (. 1 ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ đđĽ 0 1 .. . .. . 0 0 ∞ 2 ) (∫ đ(đĽ)đ−đžđĽ đđĽ) ⋅ ⋅ ⋅) ) 0 ). ) ∞ ) ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ đđĽ ⋅ ⋅ ⋅ (25) 0 .. . d) From which together with (24), we derive ∞ ∞ đ=0 0 ∞ ∞ 1 óľ¨óľ¨ óľ¨óľ¨ óľ¨ đžđ óľ¨ −đžđĽ óľ¨óľ¨đ0,đ óľ¨óľ¨ + ∫ óľ¨óľ¨óľ¨đŚ0,đ (đ)óľ¨óľ¨óľ¨ đ ∫ đ đđĽ đđ đž 0 đ 1 óľ¨ óľ¨ 1óľŠ óľŠ = óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ óľ¨óľ¨óľ¨ + óľŠóľŠóľŠđŚ0,đ óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) , đ ≥ 0, đž đž 1 óľ¨ óľ¨ 1óľŠ óľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠđ1,đ óľŠóľŠđż1 [0,∞) ≤ óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ óľ¨óľ¨óľ¨ + óľŠóľŠóľŠđŚ1,đ óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) , đ ≥ 1. đž đž = đ đ1,đ = ∑ (∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ đđĽ) ∞ đĽ 0 0 × {∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ0,đ+đ (đ) đđžđ đđ đđĽ ∞ đĽ 0 0 + ∫ đ (đĽ) đ−đžđĽ ∫ đŚ1,đ+đ+1 (đ) đđžđ đđ đđĽ} , đ ≥ 1. (26) (27) From (26) and Fubini theorem, we deduce ∞ By using Fubini theorem we estimate (16) and (17) as follows (assume that đž > đ + đ): đ ∞ ∞ óľ¨ óľ¨ × {đ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨đŚ0,đ+đ (đ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđžđ ∫ đ−đžđĽ đđĽ đđ 0 đ óľŠóľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠđ0,đ óľŠóľŠđż1 [0,∞) ∞ ∞ ∞ đ óľ¨ óľ¨ ∑ óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ óľ¨óľ¨óľ¨ ≤ ∑ ∑ ( ) đ=1 đ=1đ=0 đž ∞ đĽ óľ¨ óľ¨ óľ¨ óľ¨ ≤ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ óľ¨óľ¨óľ¨ đ−đžđĽ đđĽ + ∫ đ−đžđĽ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨đŚ0,đ (đ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđžđ đđ đđĽ 0 0 0 ∞ ∞ óľ¨ óľ¨ +đ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨đŚ1,đ+đ+1 (đ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđžđ ∫ đ−đžđĽ đđĽ đđ} 0 đ Advances in Mathematical Physics = 5 đ ∞ đ đ ∞ óľŠóľŠ óľŠóľŠ ∑ ( ) ∑ óľŠđŚ óľŠ1 đž đ=0 đž đ=1óľŠ 0,đ+đ óľŠđż [0,∞) it follows that, for any đ > 0, there exists a positive integer đ ∞ such that ∑∞ đ=đ âđ0,đ âđż1 [0,∞) < đ, ∑đ=đ âđ1,đ âđż1 [0,∞) < ∞. Let óľ¨óľ¨ đ (đĽ) = (đ, đ (đĽ) , đ (đĽ) , . . . , óľ¨óľ¨ 0 0,0 0,1 { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨ đ , 0, . . .) , (đĽ) { óľ¨óľ¨ 0,đ { óľ¨óľ¨ { { óľ¨ { óľ¨óľ¨ đ1 (đĽ) = (đ1,1 (đĽ) , đ1,2 (đĽ) , . . . , { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { đ1,đ (đĽ) , 0, . . .) , L = {(đ0 , đ1 ) óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ { óľ¨óľ¨ đ ∈ R, đ0,đ (đĽ) , { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ đ1,đ (đĽ) ∈ đż1 [0, ∞) , đ = 0, 1, . . . , đ; { { óľ¨óľ¨ { óľ¨óľ¨ { { { óľ¨óľ¨óľ¨ đ = 1, 2, . . . , đ; { { óľ¨óľ¨ óľ¨óľ¨ đ is a finite positive integer { đ đ+1 ∞ óľŠ óľŠ + ∑ ( ) ∑ óľŠóľŠóľŠđŚ1,đ+đ+1 óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) đž đ=1 đ=0 ∞ ≤ đ ∞ đ đ ∞ óľŠóľŠ óľŠóľŠ ∑ ( ) ∑ óľŠđŚ óľŠ 1 đž đ=0 đž đ=0óľŠ 0,đ óľŠđż [0,∞) ∞ đ đ+1 ∞ óľŠ óľŠ + ∑ ( ) ∑ óľŠóľŠóľŠđŚ1,đ óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) đž đ=1 đ=0 = đ ∞ óľŠóľŠ óľŠóľŠ đ ∞ óľŠóľŠ óľŠóľŠ . ∑ óľŠóľŠđŚ0,đ óľŠóľŠđż1 [0,∞) + ∑ óľŠđŚ óľŠ 1 đž − đ đ=0 đž − đ đ=1óľŠ 1,đ óľŠđż [0,∞) (28) By inserting (18), (19), and (28) into (27) and using inequality (đž + đ − đ)/đž(đž − đ) < 1/(đž − đ − đ), we estimate óľ¨óľ¨ óľ¨óľ¨ óľ¨óľ¨đŚđóľ¨óľ¨ 1 ∞ óľ¨ óľ¨ 1 ∞óľŠ óľŠ óľŠ óľŠóľŠ + ∑ óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ óľ¨óľ¨óľ¨ + ∑ óľŠóľŠóľŠđŚ0,đ óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) óľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ ≤ đž + đ đž đ=0 đž đ=0 + 1 ∞ óľ¨óľ¨ óľ¨óľ¨ 1 ∞ óľŠóľŠ óľŠóľŠ ∑ óľ¨đ óľ¨ + ∑ óľŠđŚ óľŠ 1 đž đ=1 óľ¨ 1,đ óľ¨ đž đ=1óľŠ 1,đ óľŠđż [0,∞) 1 óľ¨ óľ¨ đž + đ − đ ∞ óľŠóľŠ óľŠóľŠ ≤ óľ¨óľ¨óľ¨đŚđóľ¨óľ¨óľ¨ + ∑ óľŠđŚ óľŠ 1 đž đž (đž − đ) đ=0óľŠ 0,đ óľŠđż [0,∞) + ≤ 1 ∞ óľŠóľŠ óľŠóľŠ ∑ óľŠđŚ óľŠ 1 đž − đ đ=1óľŠ 1,đ óľŠđż [0,∞) (29) ∞ 1 1 óľŠ óľŠ óľ¨óľ¨ óľ¨óľ¨ ∑ óľŠóľŠóľŠđŚ0,đ óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) óľ¨óľ¨đŚđóľ¨óľ¨ + đž−đ−đ đž − đ − đ đ=0 ∞ 1 óľŠ óľŠ + ∑ óľŠóľŠóľŠđŚ1,đ óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) đž − đ − đ đ=1 1 óľŠóľŠ óľŠ = óľŠ(đŚ , đŚ )óľŠóľŠ . đž−đ−đóľŠ 0 1 óľŠ Equation (29) shows that (đžđź − đ´)−1 exists for đž > đ + đ and (đžđź − đ´) −1 : đ ół¨→ đˇ (đ´) , 1 óľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠ(đžđź − đ´)−1 óľŠóľŠóľŠ ≤ óľŠ đž − đ − đ. óľŠ (30) then L is dense in đ. If we set óľ¨óľ¨ đ (đĽ) = (đ, đ (đĽ) , đ (đĽ) , . . . , óľ¨óľ¨ 0 0,0 0,1 { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨ đ , 0, . . .) , (đĽ) { óľ¨óľ¨ 0,đ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ đ1 (đĽ) = (đ1,1 (đĽ) , đ1,2 (đĽ) , . . . , { { óľ¨óľ¨ { óľ¨óľ¨ { đ1,đ (đĽ) , 0, . . .) , { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ đ (đĽ) , đ (đĽ) ∈ đś∞ [0, ∞) , { { óľ¨ { 1,đ 0 óľ¨ 0,đ Z = {(đ0 , đ1 ) óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ and there exists positive { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ numbers đ0,đ > 0, đ1,đ > 0, { { óľ¨óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ such that đ0,đ (đĽ) = 0, đĽ ∈ [0, đ0,đ ] , { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ đ1,đ (đĽ) = 0, đĽ ∈ [0, đ1,đ ] ; { { óľ¨óľ¨ { óľ¨óľ¨ đ = 0, 1, 2, . . . , đ; đ = 1, 2, . . . , đ óľ¨ { } } } } } } } } } } } } } } } } } } } , } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } (32) then by the relationship đś0∞ [0, ∞) and đż1 [0, ∞) in Adams [17], we know that Z is dense in L. Hence in order to prove denseness of đˇ(đ´), it suffices to prove that đˇ(đ´) is dense in Z. Take any (đ0 , đ1 ) ∈ Z, then there are a finite positive integer đ and positive numbers đ0,đ > 0, đ1,đ > 0 (đ = 0, 1, . . . , đ; đ = 1, 2, . . . , đ) such that đ0 (đĽ) = (đ, đ0,0 (đĽ) , đ0,1 (đĽ) , . . . , đ0,đ (đĽ) , 0, . . .) , đ1 (đĽ) = (đ1,1 (đĽ) , đ1,2 (đĽ) , . . . , đ1,đ (đĽ) , 0, . . .) , đ0,đ (đĽ) = 0, for đĽ ∈ [0, đ0,đ ] , đ = 0, 1, 2, . . . , đ, đ1,đ (đĽ) = 0, for đĽ ∈ [0, đ1,đ ] , đ = 1, 2, . . . , đ, đ0,đ (đĽ) = 0, đ1,đ (đĽ) = 0, (33) đĽ ∈ [0, 2đ ] , đ = 0, 1, . . . , đ; đĽ ∈ [0, 2đ ] , đ = 1, . . . , đ, (34) where 0 < 2đ < min{đ0,0 , đ0,1 , . . . , đ0,đ , đ1,1 , . . . , đ1,đ }. Define đ đ đ đ0đ (0) = (đ, đ0,0 (0) , đ0,1 (0) , . . . , đ0,đ (0) , 0, . . .) = (đ, đđ, 0, . . . , 0, 0, . . .) , As far as the second step is concerned, from |đ| + ∞ ∑∞ đ=0 âđ0,đ âđż1 [0,∞) + ∑đ=1 âđ1,đ âđż1 [0,∞) < ∞ for (đ0 , đ1 ) ∈ đ } } } } } } } } } } } } } } , } } } } } } } } } } } } } } } (31) đ đ đ đ1đ (0) = (đ1,1 (0) , đ1,2 (0) , . . . , đ1,đ (0) , 0, . . .) , (35) 6 Advances in Mathematical Physics where ∞ ∞ 2đ 2đ đ đ1,đ (0) = ∫ đ (đĽ) đ0,đ (đĽ) đđĽ + ∫ đ (đĽ) đ1,đ+1 (đĽ) đđĽ, đ = 1, 2, . . . , đ − 1, ∞ đ đ đ 5 óľ¨đ óľ¨đ óľ¨ đ óľ¨ đ óľ¨ óľ¨đ + ∑ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ = ∑ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ (0)óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ + ∑ óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ óľ¨óľ¨óľ¨ (0)óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ 3 30 3 đ=0 đ=0 đ=1 đ óľ¨ óľ¨ đ 5 + ∑ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ ół¨→ 0 30 đ=1 as đ ół¨→ 0, đ đ1,đ (0) = ∫ đ (đĽ) đ0,đ (đĽ) đđĽ, (38) 2đ đ đ đ đ0đ (đĽ) = (đ, đ0,0 (đĽ) , đ0,1 (đĽ) , . . . , đ0,đ (đĽ) , 0, . . .) , đ đ đ đ1đ (đĽ) = (đ1,1 (đĽ) , đ1,2 (đĽ) , . . . , đ1,đ (đĽ) , 0, . . .) , (36) where ∞ đ=0 đ ∫0 đ (đĽ) đ0,đ 2đ đ0,đ = ∫đ đ (đĽ) (đĽ − đ )2 (đĽ − 2đ )2 đđĽ đ đ ∫0 đ (đĽ) đ1,đ 2đ đ1,đ = 2 2 ∫đ đ (đĽ) (đĽ − đ ) (đĽ − 2đ ) đđĽ đ = 0, 1, . . . , đ; đ (37) , đ=1 (đ0đ , đ1đ ) ∞ ∞ ∞ óľ¨ óľ¨ + (2đ + đ) ∑ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 0 đ=1 óľŠ óľŠ ≤ max {(2đ + đ) , (2đ + đ)} óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ , ∈ đˇ(đ´). ∞ óľ¨ óľŠóľŠ óľ¨ óľŠ óľŠóľŠđ¸ (đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ ≤ ∫ đ (đĽ) óľ¨óľ¨óľ¨đ0,0 (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 0 ∞ óľ¨ óľ¨ + ∫ đ (đĽ) óľ¨óľ¨óľ¨đ1,1 (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 0 óľŠ óľŠ óľŠ óľŠ ≤ đóľŠóľŠóľŠđ0,0 óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) + đóľŠóľŠóľŠđ1,1 óľŠóľŠóľŠđż1 [0,∞) óľŠ óľŠ ≤ max {đ, đ} óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ . đ=1 (39) đ 2 đĽ óľ¨ óľ¨ đ = ∑ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ (0)óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ (1 − ) đđĽ đ đ=0 0 2đ óľ¨ óľ¨ + ∑ óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ óľ¨óľ¨óľ¨ ∫ (đĽ − đ )2 (đĽ − 2đ )2 đđĽ đ đ đ đĽ 2 óľ¨ óľ¨ đ + ∑ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ (0)óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ (1 − ) đđĽ đ đ=1 0 óľ¨ óľ¨ 2đ + ∑ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ ∫ (đĽ − đ )2 (đĽ − 2đ )2 đđĽ đ đ=1 đ=1 ∞ đ=0 , đ ∞ óľ¨ óľ¨ đ + ∑ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ (đĽ) − đ1,đ (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 0 đ ∞ ∞ đ=0 đ=0 ∞ óľ¨ óľ¨ ≤ (2đ + đ) ∑ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 0 óľ¨ óľ¨ đ = ∑ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ (đĽ) − đ0,đ (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 0 đ ∞ óľ¨ óľ¨ + đ ∑ đđ ∑ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 0 ∞ đ đ=0 ∞ đ=1 0 đ = 1, . . . , đ. Then it is not difficult to verify that Moreover, óľŠóľŠ đ đ óľŠ óľŠóľŠ(đ0 , đ1 ) − (đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ đ=1 ∞ 2 (0) (1 − (đĽ/đ )) đđĽ ∞ óľ¨ óľ¨ + ∑ ∫ [đ + đ (đĽ)] óľ¨óľ¨óľ¨đ1,đ (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 2 (0) (1 − (đĽ/đ )) đđĽ ∞ óľ¨ óľ¨ + đ ∑ đđ ∑ ∫ óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 0 đ { { {đ1,đ đ ∞ óľ¨ óľ¨ óľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠđ (đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ ≤ ∑ ∫ [đ + đ (đĽ)] óľ¨óľ¨óľ¨đ0,đ (đĽ)óľ¨óľ¨óľ¨ đđĽ 0 đĽ 2 đ { đĽ ∈ [0, đ ) , đ0,đ (0) (1 − ) , { { đ đ 2 2 đ0,đ (đĽ) = {−đ (đĽ − đ ) (đĽ − 2đ ) , đĽ ∈ [đ , 2đ ) , { { 0,đ đĽ ∈ [2đ , ∞) , {đ0,đ (đĽ) , đĽ 2 đĽ ∈ [0, đ ) , (0) (1 − ) , đ đ đ1,đ (đĽ) = {−đ (đĽ − đ )2 (đĽ − 2đ )2 , đĽ ∈ [đ , 2đ ) , { { 1,đ đĽ ∈ [2đ , ∞) , {đ1,đ (đĽ) , which shows that đˇ(đ´) is dense in Z. Hence, đˇ(đ´) is dense in đ. From the first step, the second step, and the Hille-Yosida theorem [18] we know that đ´ generates a đś0 -semigroup. Next we will verify that đ and đ¸ are bounded linear operators. From the definition of đ and đ¸ and ∑∞ đ=1 đđ = 1 we have The previous two formulas show that đ and đ¸ are bounded operators. It is easy to check that đ and đ¸ are linear operators. Hence from the perturbation theorem of đś0 -semigroup [18], we obtain that đ´ + đ + đ¸ generates a đś0 -semigroup đ(đĄ). Lastly, we will prove that đ´+đ+đ¸ is a dispersive operator. For (đ0 , đ1 ) ∈ đˇ(đ´) we take (đ0 , đ1 ) as + đ0 (đĽ) = ( + [đ]+ [đ0,0 (đĽ)] [đ0,1 (đĽ)] , , . . .) , , đ đ0,0 (đĽ) đ0,1 (đĽ) + + [đ1,1 (đĽ)] [đ1,2 (đĽ)] đ1 (đĽ) = ( , , . . .) , đ1,1 (đĽ) đ1,2 (đĽ) (40) Advances in Mathematical Physics 7 đ, [đ]+ = { 0, +đ ∑ đđ đ1,đ−đ+1 (đĽ)} if đ > 0, if đ ≤ 0, đ=1 = −đ[đ]+ + đ (đĽ) , + [đ0,đ (đĽ)] = { 0,đ 0, if đ0,đ (đĽ) > 0, if đ0,đ (đĽ) ≤ 0, đ ≥ 0, đ (đĽ) , + [đ1,đ (đĽ)] = { 1,đ 0, if đ1,đ (đĽ) > 0, if đ1,đ (đĽ) ≤ 0, đ ≥ 1. (41) + ∞ 0 ∞ ∞ đ=1 đ=đ 0 =∫ ∞ 0 ∫ (42) đđ0,đ (đĽ) [đ0,đ (đĽ)] đđ0,đ (đĽ) đđĽ = ∫ đđĽ đđĽ đ0,đ (đĽ) đđĽ đ0,đ đ1,đ (đĽ) + ∞ ∞ đ=1 đ=đ 0 + + đ ≥ 1. (43) ∞ đ=1 đ=đ 0 ∞ + ∞ ∞ + ∞ + đ=1 0 ∞ đ=2 0 ∞ + đ=1 0 ∞ ∞ đ=1 đ=đ 0 ∞ + + đ ∑ đđ ∑ ∫ [đ1,đ−đ+1 (đĽ)] đđĽ [đ]+ + ∫ đ (đĽ) đ1,1 (đĽ) đđĽ} đ 0 ≤( + [đ0,0 (đĽ)] đđ0,0 (đĽ) đđĽ + ∫ {− − [đ + đ (đĽ)] đ0,0 (đĽ)} đđĽ đ0,0 (đĽ) 0 ∞ đđ0,đ (đĽ) +∑∫ {− − [đ + đ (đĽ)] đ0,đ (đĽ) đđĽ đ=1 0 ∞ đđ1,đ (đĽ) − [đ + đ (đĽ)] đ1,đ (đĽ) đđĽ ∞ + 0 ∞ + 0 ∞ + ∞ ∞ đ=1 đ=0 0 ∞ ∞ đ=1 đ=1 0 ∞ + − ∑ ∫ đ[đ0,đ (đĽ)] đđĽ + đ ∑ đđ ∑ ∫ [đ0,đ (đĽ)] đđĽ đ=0 0 + [đ0,đ (đĽ)] đđĽ đ0,đ (đĽ) [đ]+ − 1) đ × (∫ đ (đĽ) [đ0,0 (đĽ)] đđĽ + ∫ đ (đĽ) [đ1,1 (đĽ)] đđĽ) ∞ đ=1 0 + + ∑ ∫ đ (đĽ) [đ0,đ (đĽ)] đđĽ + ∑ ∫ đ (đĽ) [đ1,đ (đĽ)] đđĽ ∞ +∑∫ {− ∞ − ∑ ∫ [đ + đ (đĽ)] [đ1,đ (đĽ)] đđĽ 0 ∞ ∞ ∞ = {−đđ + ∫ đ (đĽ) đ0,0 (đĽ) đđĽ ∞ [đ]+ ∞ + ∫ đ (đĽ) [đ1,1 (đĽ)] đđĽ đ 0 + đ ∑ đđ ∑ ∫ [đ0,đ−đ (đĽ)] đđĽ ∞ đ=1 [đ]+ ∞ + ∫ đ (đĽ) [đ0,0 (đĽ)] đđĽ đ 0 đ=0 0 đđĽ = −[đ1,đ (0)] , +đ ∑ đđ đ0,đ−đ (đĽ)} [đ1,đ (đĽ)] đđĽ đ1,đ (đĽ) + đ[đ]+ − ∑ ∫ [đ + đ (đĽ)] [đ0,đ (đĽ)] đđĽ â¨(đ´ + đ + đ¸) (đ0 , đ1 ) , (đ0 , đ1 )⊠đ + + ∞ ∞ đ ≥ 0. By using boundary conditions on (đ0 , đ1 ) ∈ đˇ(đ´), (42), (43), and ∑∞ đ=1 đđ = 1 for such (đ0 , đ1 ), we derive ∞ ∞ đ=1 0 ≤ −đ[đ]+ + + đ[đ0,đ (đĽ)] + đđĽ = −[đ0,đ (0)] , đđĽ đđĽ 0 [đ0,đ (đĽ)] đđĽ đ0,đ (đĽ) + đ ∑ đđ ∑ ∫ đ1,đ−đ+1 (đĽ) đđ0,đ (đĽ) [đ0,đ (đĽ)] đđĽ đđĽ đ0,đ (đĽ) đđ1,đ (đĽ) [đ1,đ (đĽ)] ∞ đ=1 Similar to (42), we get ∞ + ∞ + + đ0,đ + đ=0 0 ∞ + =∫ ∞ + đ ∑ đđ ∑ ∫ đ0,đ−đ (đĽ) + đ0,đ ∞ + + ∑ [đ1,đ (0)] − ∑ ∫ [đ + đ (đĽ)] [đ1,đ (đĽ)] đđĽ đđ0,đ (đĽ) [đ0,đ (đĽ)] đđĽ đđĽ đ0,đ (đĽ) +∫ [đ]+ ∞ ∫ đ (đĽ) đ1,1 (đĽ) đđĽ đ 0 đ=0 + đ0,đ [đ]+ ∞ ∫ đ (đĽ) đ0,0 (đĽ) đđĽ đ 0 ∞ đđ0,đ (đĽ) [đ0,đ (đĽ)] đđĽ đđĽ đ0,đ (đĽ) =∫ [đ1,đ (đĽ)] đđĽ đ1,đ (đĽ) + ∑ [đ0,đ (0)] − ∑ ∫ [đ + đ (đĽ)] [đ0,đ (đĽ)] đđĽ If we define đ0,đ = {đĽ ∈ [0, ∞) | đ0,đ (đĽ) > 0} and đ0,đ = {đĽ ∈ [0, ∞) | đ0,đ (đĽ) ≤ 0} for đ = 0, 1, 2, . . ., then by a short argument we calculate ∫ + đ where ∞ ∞ + ∞ + − ∑ ∫ đ[đ1,đ (đĽ)] đđĽ + đ ∑ đđ ∑ ∫ [đ1,đ (đĽ)] đđĽ đ=1 0 ≤ 0. (44) 8 Advances in Mathematical Physics Equation (44) shows that đ´ + đ + đ¸ is a dispersive operator. From which together with the first step, the second step, and the Phillips theorem, we know that đ´ + đ + đ¸ generates a positive contraction đś0 -semigroup [18]. By the uniqueness of a đś0 -semigroup we conclude that this semigroup is just đ(đĄ). ∞ đ=1 0 It is not difficult to see that đ , the dual space of đ, is đ đ đ=1 ∞ ∞ +∑∫ {− đ=1 0 óľ¨óľ¨ óľ¨óľ¨ { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨ { { ∗ ∗ óľ¨óľ¨óľ¨ = {(đ0 , đ1 ) óľ¨óľ¨óľ¨ óľ¨óľ¨ { { { óľ¨óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { óľ¨óľ¨ { { { óľ¨óľ¨óľ¨ óľ¨óľ¨ { óľ¨ đ0∗ ∗ = (đ ∗ ∗ , đ0,0 , đ0,1 , . . .) } } } } } } } } } } ∗ ∗ ∗ } đ1 = (đ1,1 , đ1,2 , . . .) } } } } (45) ∞ ∞ ∈ đż [0, ∞) × đż [0, ∞) × ⋅ ⋅ ⋅ , . } } } óľŠóľŠ ∗ óľŠóľŠ } óľ¨óľ¨ ∗ óľ¨óľ¨ óľŠóľŠóľ¨óľ¨ ∗ ∗ óľ¨óľ¨óľŠóľŠ } óľŠóľŠóľ¨óľ¨(đ0 , đ1 )óľ¨óľ¨óľŠóľŠ = sup {óľ¨óľ¨đ óľ¨óľ¨ , supóľŠóľŠóľŠđ0,đ óľŠóľŠóľŠđż∞ [0,∞) , } } } } đ≥0 } } } } } óľŠóľŠ ∗ óľŠóľŠ supóľŠóľŠóľŠđ1,đ óľŠóľŠóľŠđż∞ [0,∞) } } } đ≥1 đ = {(đ0 , đ1 ) ∈ đ | đ ≥ 0, đ0,đ (đĽ) ≥ 0, đ ≥ 0; đ1,đ (đĽ) ≥ 0, đ ≥ 1, đĽ ∈ [0, ∞)} , đ đ=1 óľŠ óľŠ = óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ 0 0 ∞ ∞ ∞ đđ0,đ (đĽ) đđĽ + ∑ ∫ [đ + đ (đĽ)] đ0,đ (đĽ) đđĽ đđĽ đ=0 0 ∞ × {∑ ∫ − đ=0 0 ∞ ∞ đ=1 đ=0 0 ∞ ∞ − đ ∑ đđ ∑ ∫ đ0,đ (đĽ) đđĽ + ∑ ∫ ∞ ∞ đ=1 0 đđ1,đ (đĽ) đđĽ đđĽ ∞ + ∑ ∫ [đ + đ (đĽ)] đ1,đ (đĽ) đđĽ đ=1 0 (47) ∞ ∞ đ=1 đ=1 0 ∞ −đ ∑ đđ ∑ ∫ đ1,đ (đĽ) đđĽ} óľŠ óľŠ = óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ â¨(đ0 , đ1 ) , (đ0∗ , đ1∗ )⊠∞ ∞ đ=0 đ=1 óľŠ óľŠ = óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ (|đ| + ∑ đ0,đ (đĽ) đđĽ + ∑ đ1,đ (đĽ) đđĽ) (48) óľŠ óľŠ2 óľŠóľ¨ óľ¨óľŠ2 = óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ = óľŠóľŠóľŠóľ¨óľ¨óľ¨(đ0∗ , đ1∗ )óľ¨óľ¨óľ¨óľŠóľŠóľŠ , that is ∗ ∈đ | ∞ ∞ 0 0 × {−đđ + ∫ đ (đĽ) đ0,0 (đĽ) đđĽ + ∫ đ (đĽ) đ1,1 (đĽ) đđĽ} óľŠ óľŠ − óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ ∞ ∞ × {−đđ + ∑ ∫ đ (đĽ) đ0,đ (đĽ) đđĽ đ=0 0 (đ0∗ , đ1∗ ) ∈ đ ((đ0 , đ1 )) = ∞ óľŠ óľŠ − óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ (46) then we have { (đ0∗ , đ1∗ ) ∞ × {−đđ + ∫ đ (đĽ) đ0,0 (đĽ) đđĽ + ∫ đ (đĽ) đ1,1 (đĽ) đđĽ} then đ is a cone in đ. For (đ0 , đ1 ) ∈ đˇ(đ´) ∩ đ, we take 1 1 óľŠóľŠ óľŠóľŠ ∗ ∗ 1 (đ0 , đ1 ) = óľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠ (( ) , (1)) ∈ đ∗ , .. .. . . đđ1,đ (đĽ) − [đ + đ (đĽ)] đ1,đ (đĽ) đđĽ óľŠ óľŠ +đ ∑ đđ đ1,đ−đ+1 (đĽ)} óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ đđĽ ∈ R × đż∞ [0, ∞) × đż∞ [0, ∞) × ⋅ ⋅ ⋅ , It is easy to check that đ∗ is a Banach space. If we take a set đ in đ as đđ0,đ (đĽ) − [đ + đ (đĽ)] đ0,đ (đĽ) đđĽ óľŠ óľŠ +đ ∑ đđ đ0,đ−đ (đĽ)} óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ đđĽ ∗ ∗ ∞ +∑∫ {− ∞ â¨(đ0 , đ1 ) , (đ0∗ , đ1∗ )⊠(49) đ=1 0 ∞ óľŠ óľŠ2 óľŠóľ¨ óľ¨óľŠ2 = óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ = óľŠóľŠóľŠóľ¨óľ¨óľ¨(đ0∗ , đ1∗ )óľ¨óľ¨óľ¨óľŠóľŠóľŠ } . For such (đ0∗ , đ1∗ ), by using boundary conditions on (đ0 , đ1 ) ∈ đˇ(đ´) ∩ đ and ∑∞ đ=1 đđ = 1, we have ∞ − ∑ ∫ đ (đĽ) đ0,đ (đĽ) đđĽ ∞ ∞ ∞ − ∑ ∫ đ (đĽ) đ1,đ (đĽ) đđĽ + ∑ ∫ đ (đĽ) đ1,đ (đĽ) đđĽ} đ=2 0 đ=1 0 = 0. â¨(đ´ + đ + đ¸) (đ0 , đ1 ) , (đ0∗ , đ1∗ )⊠(50) óľŠ óľŠ = óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ ∞ ∞ 0 0 × {−đđ + ∫ đ (đĽ) đ0,0 (đĽ) đđĽ + ∫ đ (đĽ) đ1,1 (đĽ) đđĽ} ∞ +∫ { − 0 đđ0,0 (đĽ) óľŠ óľŠ − [đ + đ (đĽ)] đ0,0 (đĽ)} óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 )óľŠóľŠóľŠ đđĽ đđĽ Which shows that đ´ + U + đ¸ is a conservative operator. So we can use the Fattorini theorem [19] and state it as follows. Theorem 2. đ(đĄ) is isometric for the initial value of the system (8); that is, óľŠ óľŠ óľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠđ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ = óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ , ∀đĄ ∈ [0, ∞) . (51) Advances in Mathematical Physics 9 Proof. Since đ´ + đ + đ¸ is conservative with respect to đ and (đ0 , đ1 )(0) ∈ đˇ(đ´2 ) ∩ đ, from the Taylor expansion of đ(đĄ + â) for đĄ, â ≥ 0 we have đ (đĄ + â) (đ0 , đ1 ) (0) = đ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0) + â (đ´ + đ + đ¸) đ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0) +∫ đĄ+â đĄ (đĄ + â − đ ) đ (đ ) (đ´ + đ + đ¸)2 (đ0 , đ1 ) (0) đđ = đ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0) + â (đ´ + đ + đ¸) đ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0) + âđ (đĄ, â) , (52) where âđ(đĄ, â)â → 0 as â → 0, uniformly in đĄ ≥ 0. Then óľŠóľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠđ (đĄ + â) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠ óľŠóľŠđ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠ óľ¨ ∗ óľ¨ ≥ óľ¨óľ¨óľ¨óľ¨â¨đ (đĄ + â) (đ0 , đ1 ) (0) , (đ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)) âŠóľ¨óľ¨óľ¨óľ¨ ∗ ≥ Re â¨đ (đĄ + â) (đ0 , đ1 ) (0) , (đ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)) ⊠(53) óľŠ2 óľŠ = óľŠóľŠóľŠđ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ In view of (52) and the fact that đ´ + đ + đ¸ is conservative with respect to đ, consider the set óľŠ óľŠ óľŠ óľŠ Ω = {đĄ ∈ [0, ∞) | óľŠóľŠóľŠđ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ = óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ} . (54) Since 0 ∈ Ω, Ω is nonempty, moreover Ω is obviously a closed interval because of continuity of đ(đĄ). If Ω ≠ [0, ∞), then let đĄ0 be the right end point of Ω and đ > 0 is so small that âđ(đĄ)(đ0 , đ1 )(0)â is bounded away from zero in đĄ0 ≤ đĄ ≤ đĄ0 +đ. For any such đĄ we divide (53) by âđ(đĄ)(đ0 , đ1 )(0)â and get óľŠóľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠđ (đĄ + â) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠ â óľŠ óľŠ ≥ óľŠóľŠóľŠđ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ + óľŠóľŠ óľŠ óľŠóľŠđ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ (55) ∗ × Re â¨đ (đĄ, â) , (đ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)) âŠ óľŠ óľŠ ≥ óľŠóľŠóľŠđ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ − âđ˝ (đĄ, â) , where đ˝(đĄ, â) is positive and đ˝(đĄ, â) → 0 when â → 0, uniformly in đĄ0 ≤ đĄ ≤ đĄ0 + đ. Let now đ be are small positive number and đż > 0 such that âđ˝(đĄ, â)â ≤ đ for 0 ≤ â ≤ đż and đĄ0 ≤ đĄ ≤ đĄ0 + đ. Let đĄ0 < đĄ1 < đĄ2 < ⋅ ⋅ ⋅ < đĄđ = đĄ0 + đ be partition of the interval đĄ0 ≤ đĄ ≤ đĄ0 + đ such that đĄđ − đĄđ−1 ≤ đż (1 ≤ đ ≤ đ). Then by (55), one has óľŠ óľŠ óľŠ óľŠ 0 ≤ óľŠóľŠóľŠđ (đĄ0 ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ − óľŠóľŠóľŠđ (đĄ0 + đ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ đ óľŠ óľŠ óľŠ óľŠ ≤ ∑ (óľŠóľŠóľŠóľŠđ (đĄđ−1 ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠóľŠ − óľŠóľŠóľŠóľŠđ (đĄđ ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠóľŠ) đ đ=1 Theorem 3. If đ = supđĽ∈[0,∞) đ(đĽ) < ∞, đ = supđĽ∈[0,∞) đ(đĽ) < ∞, then the system (8) has a unique nonnegative timedependent solution (đ0 , đ1 )(đĽ, đĄ), which satisfies óľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠ(đ0 , đ1 ) (⋅, đĄ)óľŠóľŠóľŠ = 1, ∀đĄ ∈ [0, ∞) . (57) Proof. Since (đ0 , đ1 )(0) ∈ đˇ(đ´2 ) ∩ đ, by Theorem 1 and Theorem 11 in Gupur et al. [18], we know that the system (8) has a unique nonnegative time-dependent solution (đ0 , đ1 )(đĽ, đĄ) which can be expressed as (đ0 , đ1 ) (đĽ, đĄ) = đ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0) , ∀đĄ ∈ [0, ∞) . (58) óľŠ óľŠ óľŠ óľŠ óľŠ óľŠóľŠ óľŠóľŠ(đ0 , đ1 ) (⋅, đĄ)óľŠóľŠóľŠ = óľŠóľŠóľŠđ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ = óľŠóľŠóľŠ(đ0 , đ1 ) (0)óľŠóľŠóľŠ = 1, ∗ ≤ ∑ (đĄđ − đĄđ−1 ) đ˝ (đĄđ , đĄđ − đĄđ−1 ) ≤ đđ. From Theorems 1 and 2 we obtain the main result in this paper. From which together with Theorem 2 (i.e., (51)) we have + â Re â¨đ (đĄ, â) , (đ (đĄ) (đ0 , đ1 ) (0)) ⊠. đ=1 Since đ is arbitrary, it follows that âđ(đĄ0 + đ)(đ0 , đ1 )(0)â = âđ(đĄ0 )(đ0 , đ1 )(0)â, which contradicts the fact that đĄ0 is the right endpoint of Ω. Hence Ω = [0, ∞). That is, âđ(đĄ)(đ0 , đ1 )(0)â = â(đ0 , đ1 )(0)â for đĄ ∈ [0, ∞). The proof of the theorem is complete. (56) ∀đĄ ∈ [0, ∞) , (59) this just reflects the physical background of the problem. 4. Concluding Remarks If we know the spectrum of đ´ + đ + đ¸ on the imaginary axis, then by Theorem 1 and Theorem 14 in Gupur et al. [18], we obtain the asymptotic behavior of the time-dependent solution of the system (8), which describes Hypothesis 2. It is our next research work. Acknowledgments The author would like to thank the reviewer for his/her valuable suggestions and comments which helped to improve the quality and clarity of the paper. This work was supported by The Open University of China General Foundation (no: Q4301E-Y) and Xinjiang Radio & TV University Foundation (no: 2013xjddkt001). References [1] L. W. Miller, Alternating priorities in multi-class queue [Ph.D. thesis], Cornel University, Ithaca, New York, USA, 1964. [2] Y. Levy and U. Yechiali, “Utilization of idle time in an M/G/1 queueing system,” Management Science, vol. 22, no. 2, pp. 202– 211, 1975. [3] B. T. Doshi, “Queueing systems with vacations—a survey,” Queueing Systems, vol. 1, no. 1, pp. 29–66, 1986. [4] B. Doshi, “Generalizations of the stochastic decomposition results for single server queues with vacations,” Stochastic Models, vol. 6, no. 2, pp. 307–333, 1990. 10 [5] H. Takagi, Vacation and Priority Systems, Part 1, vol. 1 of Queueing Analysis : A Foundation of Performance Evaluation, North-Holland, Amsterdam, The Netherland, 1991. [6] Y. Baba, “On the MX /G/1 queue with vacation time,” Operations Research Letters, vol. 5, no. 2, pp. 93–98, 1986. [7] H.-S. Lee and M. M. Srinivasan, “Control policies for the MX /G/1 queueing system,” Management Science, vol. 35, no. 6, pp. 708–721, 1989. [8] H. W. Lee, S. S. Lee, J. O. Park, and K. C. Chae, “Analysis of the MX /G/1 queue with đ-policy and multiple vacations,” Journal of Applied Probability, vol. 31, no. 2, pp. 476–496, 1994. [9] S. S. Lee, H. W. Lee, S. H. Yoon, and K. C. Chae, “Batch arrival queue with N-policy and single vacation,” Computers and Operations Research, vol. 22, no. 2, pp. 173–189, 1995. [10] A. Borthakur and G. Choudhury, “On a batch arrival Poisson queue with generalized vacation,” SankhyaĚ B, vol. 59, no. 3, pp. 369–383, 1997. [11] G. Choudhury, “On a batch arrival Poisson queue with a random setup time and vacation period,” Computers & Operations Research, vol. 25, no. 12, pp. 1013–1026, 1998. [12] G. Choudhury, “An MX /G/1 queueing system with a setup period and a vacation period,” Queueing Systems, vol. 36, no. 1–3, pp. 23–38, 2000. [13] K. C. Chae and H. W. Lee, “MX /G/1 vacation models with N-policy: heuristic interpretation of the mean waiting time,” Journal of the Operational Research Society, vol. 46, no. 2, pp. 258–264, 1995. [14] J. Medhi, “Single server queueing system with Poisson input: a review of some recent developments,” in Advances in Combinatorical Method and Applications in Probability and Statistics, N. Balakrishnan, Ed., pp. 317–338, BirkhaĚuser, Boston, Mass, USA, 1997. [15] G. Choudhury, “Analysis of the MX /G/1 queueing system with vacation times,” SankhyaĚ B, vol. 64, no. 1, pp. 37–49, 2002. [16] D. R. Cox, “The analysis of non-Markovian stochastic processes by the inclusion of supplementary variables,” vol. 51, pp. 433– 441, 1955. [17] R. A. Adams, Sobolev Spaces, Academic Press, New York, NY, USA, 1975. [18] G. Gupur, X. Z. Li, and G. T. Zhu, Functional Analysis Method in Queueing Theory, Research Information, Herdfortshire, UK, 2001. [19] H. O. Fattorini, The Cauchy Problem, vol. 18 of Encyclopedia of Mathematics and its Applications, Addison-Wesley, Reading, Mass, USA, 1983. Advances in Mathematical Physics Advances in Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Algebra Advances in Operations Research Decision Sciences Volume 2014 Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Journal of Probability and Statistics Mathematical Problems in Engineering Volume 2014 Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014 Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014 The Scientific World Journal Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014 International Journal of Differential Equations Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014 Volume 2014 Submit your manuscripts at http://www.hindawi.com International Journal of Advances in Combinatorics Mathematical Physics Volume 2014 Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Journal of Complex Analysis Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014 International Journal of Mathematics and Mathematical Sciences Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Journal of Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Stochastic Analysis Abstract and Applied Analysis Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com International Journal of Mathematics Volume 2014 Volume 2014 Journal of Volume 2014 Discrete Dynamics in Nature and Society Volume 2014 Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Journal of Applied Mathematics Optimization Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014 Journal of Discrete Mathematics Journal of Function Spaces Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014 Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014 Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014 Volume 2014 Volume 2014