{"id":479,"date":"2021-09-14T10:23:32","date_gmt":"2021-09-14T10:23:32","guid":{"rendered":"https:\/\/www.mathgallery.com\/?page_id=479"},"modified":"2021-09-14T13:48:42","modified_gmt":"2021-09-14T13:48:42","slug":"a-special-case","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.mathgallery.com\/index.php\/a-special-case\/","title":{"rendered":"A Special Case"},"content":{"rendered":"\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Consider the optimal control problem of minimizing the functional<br><a name=\"id3985502918\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 41px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (1) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7c99f0f475ba48486f23e817270fd3a7_l3.png\" height=\"41\" width=\"181\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#32;&#49;&#123;&#50;&#125;&#92;&#105;&#110;&#116;&#95;&#123;&#48;&#125;&#94;&#123;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#125;&#40;&#92;&#86;&#101;&#114;&#116;&#32;&#121;&#92;&#86;&#101;&#114;&#116;&#94;&#50;&#43;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#94;&#50;&#92;&#86;&#101;&#114;&#116;&#32;&#117;&#92;&#86;&#101;&#114;&#116;&#94;&#50;&#41;&#100;&#116;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">subject to the dynamics<br><a name=\"id1332949929\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 61px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (2) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b7532b501bd3736c360e1172b4b82e4a_l3.png\" height=\"61\" width=\"216\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#50;&#120;&#95;&#50;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#50;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#51;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#52;&#120;&#95;&#50;&#43;&#66;&#95;&#50;&#117;&#92;&#92;&#121;&#38;&#61;&#38;&#120;&#95;&#50;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">so that<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-20d26a788eaf4656503e7f831d28b273_l3.png\" height=\"43\" width=\"383\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#65;&#61;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#49;&#38;&#32;&#65;&#95;&#50;&#92;&#92;&#32;&#65;&#95;&#51;&#38;&#32;&#65;&#95;&#52;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#44;&#126;&#66;&#61;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#48;&#92;&#92;&#32;&#66;&#95;&#50;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#44;&#126;&#67;&#61;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#48;&#38;&#32;&#73;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">We make the assumptions that the system (<a href=\"#id1332949929\">2<\/a>) is time-invariant, has relative degree <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-41dd15432e408d701a752427276afe55_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#49;&#44;&#8230;&#44;&#49;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"69\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cb4d81afe8bfdf4580d6c60e574030d6_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#65;&#44;&#66;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"47\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is stabilizable, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-6a1f0372be48688dcd1c02af8094eb47_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#67;&#44;&#65;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"46\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is detectable and that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bd458aa748471628d414a07a8d9e4212_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"20\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is nonsingular. (In lemma 3.1 below we show which systems can be represented in this form.) We want to study the limiting behavior of the solution to this problem, i.e. when the closed-loop system is stable, as <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-729568734d87ffb0f88cf42b1bc6828a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> tends to zero.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">We begin with a heuristic analysis of the problem of finding a feedback control law that minimizes the functional (<a href=\"#id3985502918\">1<\/a>) and stabilizes the system. Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bd458aa748471628d414a07a8d9e4212_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"20\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is nonsingular, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f1cd6be340b4fce14489cf5b565a169e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is completely controllable. Thus, we can use <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f1cd6be340b4fce14489cf5b565a169e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> to control <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-01a7b7b5dca66cb33a1207e1f39c1140_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. If <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-43fe27dc3e528266a619764d90fce60b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#117;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"10\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is bounded, the cost of control is small for small <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-729568734d87ffb0f88cf42b1bc6828a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Suppose that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is stable. Then we see that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bd56005645f1441ebaff35523e17612c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#121;&#61;&#120;&#95;&#50;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"83\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> minimizes the functional. In this case we can find a bounded feedback control which makes the output zero. Hence the remaining dynamics<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 15px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-461b513970db85779671b32c0044b4f6_l3.png\" height=\"15\" width=\"78\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#61;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">are just the zero dynamics of the original system (see section 2.1), which are stable by assumption. On the other hand, if <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is antistable, stabilizability of the system implies that the pair <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-83ee1f8138adec9288ecd39689be098e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#65;&#95;&#49;&#44;&#65;&#95;&#50;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"62\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is controllable. Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f1cd6be340b4fce14489cf5b565a169e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is completely controllable, we can let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-282c2f881f0abe7513ab93a2a75fda27_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#50;&#61;&#118;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"50\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> be a control for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-01a7b7b5dca66cb33a1207e1f39c1140_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> and find an optimal <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ef71511c70f0e4b25cc6bd69f3bc20c2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#118;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"9\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> by solving the reduced problem<br><a name=\"id3423648487\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 41px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (3) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0815be30b259e3f6cdfdf1814c6b2d7f_l3.png\" height=\"41\" width=\"133\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#109;&#105;&#110;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#32;&#49;&#123;&#50;&#125;&#92;&#105;&#110;&#116;&#95;&#123;&#48;&#125;&#94;&#123;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#125;&#92;&#86;&#101;&#114;&#116;&#32;&#118;&#92;&#86;&#101;&#114;&#116;&#94;&#50;&#32;&#100;&#116;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">subject to<br><a name=\"id3641263912\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 15px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (4) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3523ab290d6bacf79d2f483cc66c811d_l3.png\" height=\"15\" width=\"136\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#61;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#50;&#118;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">The facts that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-442998ec66691849faf3eaaa261784a9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#118;&#61;&#120;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"50\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is optimal and that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-43fe27dc3e528266a619764d90fce60b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#117;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"10\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is a feedback control of the variable <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f1cd6be340b4fce14489cf5b565a169e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> suggest that the corresponding <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-43fe27dc3e528266a619764d90fce60b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#117;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"10\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> for the original problem (<a href=\"#id3985502918\">1<\/a>)-(<a href=\"#id1332949929\">2<\/a>) is optimal too. Unfortunately, since the system (<a href=\"#id3641263912\">4<\/a>) is not detectable, an optimal solution to the reduced problem (<a href=\"#id3423648487\">3<\/a>)-<br>(<a href=\"#id3641263912\">4<\/a>) may not exist, see Wonham [2, p. 280]. However, it is easy to see that an optimal solution to the problem (<a href=\"#id3423648487\">3<\/a>)-(<a href=\"#id3641263912\">4<\/a>) does exist if we make the assumption that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> has no eigenvalues on the imaginary axis. Nevertheless, we will give a detailed description of the solution in the end of this section.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">First, we motivate our analysis of this special case by stating the following lemma.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Lemma 3.1:<\/strong> Consider the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b170995d512c659d8668b4e42e1fef6b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"11\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>-dimensional linear system<br><a name=\"id2636117669\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 39px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (5) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5fca250ea50816ace152b590c31466dd_l3.png\" height=\"39\" width=\"126\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#38;&#61;&#38;&#65;&#120;&#43;&#66;&#117;&#92;&#92;&#121;&#38;&#61;&#38;&#67;&#120;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">and suppose that the system has relative degree <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-41dd15432e408d701a752427276afe55_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#49;&#44;&#8230;&#44;&#49;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"69\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. (It is also natural to assume that the input matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-770fd1447ccf2fc229801b486b0d8f8a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> has<br>linearly independent columns.) Then the system (<a href=\"#id2636117669\">5<\/a>) can always be transformed to the form (<a href=\"#id1332949929\">2<\/a>)<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong><em>Proof:<\/em><\/strong>  We can always write<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 15px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c5af4ab7f65b892b1319325835497712_l3.png\" height=\"15\" width=\"103\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#61;&#65;&#120;&#43;&#66;&#117;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">in the controllability canonical form (see e.g. Kwakernaak and Sivan [3, pp. 60-61]),<br><a name=\"id2106526595\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 39px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (6) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fa792f89d31eb0cb84262ce51df2affb_l3.png\" height=\"39\" width=\"228\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#50;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#51;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#52;&#120;&#95;&#50;&#43;&#66;&#95;&#50;&#117;&#95;&#50;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4c9ab0e311360a2c8e744537916bcc7a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#49;&#92;&#105;&#110;&#32;&#82;&#94;&#123;&#110;&#45;&#109;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"84\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3068fc15762eae9c21edc22d6ddc7b17_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#50;&#92;&#105;&#110;&#32;&#82;&#94;&#109;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"65\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bd458aa748471628d414a07a8d9e4212_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"20\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is a non-singular <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9306bedfcdfac7d12c6b714cf0a735e4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#109;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#109;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"9\" width=\"52\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> matrix (since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-770fd1447ccf2fc229801b486b0d8f8a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> has full column rank). Furthermore, the pair <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b45bac2f334530d75be26b3b93118401_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#65;&#95;&#52;&#44;&#66;&#95;&#50;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"62\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is completely controllable. Partition <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0af556714940c351c933bba8cf840796_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#121;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"9\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> as<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 16px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0274f030ff62856def2f1dfb110e5461_l3.png\" height=\"16\" width=\"135\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#121;&#61;&#67;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#67;&#95;&#50;&#120;&#95;&#50;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">The condition that the system has relative degree <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-41dd15432e408d701a752427276afe55_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#49;&#44;&#8230;&#44;&#49;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"69\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> implies that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ef1408cf192e2d7a143c132c44ce5ed3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#67;&#66;&#92;&#110;&#111;&#116;&#61;&#32;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"17\" width=\"61\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> and, by assumption, that the system has equal number of inputs and outputs (see section 2.1). Thus,<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-59014383dffeca248492f59310d0e71a_l3.png\" height=\"43\" width=\"309\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#67;&#66;&#61;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#67;&#95;&#49;&#38;&#32;&#67;&#95;&#50;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#48;&#92;&#92;&#32;&#66;&#95;&#50;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#61;&#67;&#95;&#50;&#66;&#95;&#50;&#92;&#110;&#111;&#116;&#61;&#32;&#48;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">so that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4b6cb518accc0835a17600c7050cd35a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#67;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"20\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> must be non-singular. Now we let<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 14px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3dba503a49081a53f0b276a5e5f18241_l3.png\" height=\"14\" width=\"130\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#122;&#61;&#67;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#67;&#95;&#50;&#120;&#95;&#50;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">or<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fffa6680834f6961dab30b4849a29cc9_l3.png\" height=\"22\" width=\"161\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#120;&#95;&#50;&#61;&#67;&#95;&#50;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#40;&#122;&#45;&#67;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#41;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">which, after substitution into (<a href=\"#id2106526595\">6<\/a>), yields<br><a name=\"id500599904\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 84px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (7) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-105176236e2c84ac681fd0f15faea496_l3.png\" height=\"84\" width=\"329\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#122;&#38;&#61;&#38;&#40;&#67;&#95;&#49;&#65;&#95;&#49;&#43;&#67;&#95;&#50;&#65;&#95;&#51;&#45;&#67;&#95;&#50;&#65;&#95;&#52;&#67;&#95;&#50;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#67;&#95;&#49;&#41;&#120;&#95;&#49;&#43;&#92;&#92;&#38;&#43;&#38;&#67;&#95;&#50;&#65;&#95;&#52;&#67;&#95;&#50;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#122;&#43;&#67;&#95;&#50;&#66;&#95;&#50;&#117;&#95;&#50;&#92;&#92;&#121;&#38;&#61;&#38;&#122;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Renaming the parameters in (<a href=\"#id500599904\">7<\/a>) shows the statement.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2b6e225d778ccd32cb2bd9cc4eaead9a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#117;&#108;&#108;&#101;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"7\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 1px;\"\/><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Solving the optimal control problem (<a href=\"#id3985502918\">1<\/a>)-(<a href=\"#id1332949929\">2<\/a>), we define the Hamiltonian function<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 66px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cb012f9a7b1a3dc964360daafe253d12_l3.png\" height=\"66\" width=\"422\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#72;&#38;&#61;&#38;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#32;&#49;&#123;&#50;&#125;&#120;&#95;&#50;&#94;&#84;&#120;&#95;&#50;&#43;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#32;&#49;&#123;&#50;&#125;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#94;&#50;&#32;&#117;&#94;&#84;&#117;&#92;&#92;&#38;&#43;&#38;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#94;&#84;&#38;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#49;&#38;&#32;&#65;&#95;&#50;&#32;&#92;&#92;&#32;&#65;&#95;&#51;&#38;&#32;&#65;&#95;&#52;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#120;&#95;&#49;&#92;&#92;&#32;&#120;&#95;&#50;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#43;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#48;&#92;&#92;&#32;&#66;&#95;&#50;&#117;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d8bad01e37d6a93d8d77801a4429e98e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2b5ec09b14d85337fe173890755f5259_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> satisfy the adjoint equations<br><a name=\"id3835249208\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 45px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (8) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d8b7207f9fa466ebe27fffddf68be986_l3.png\" height=\"45\" width=\"327\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#61;&#45;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#72;&#125;&#47;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#120;&#95;&#49;&#125;&#38;&#61;&#38;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#45;&#65;&#95;&#51;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#61;&#45;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#72;&#125;&#47;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#120;&#95;&#50;&#125;&#38;&#61;&#38;&#45;&#120;&#95;&#50;&#45;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#45;&#65;&#95;&#52;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Setting <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-af877d4d023138075e9301fdfef390e2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#72;&#125;&#47;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#117;&#125;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"88\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, we find that the optimal control law is<br><a name=\"id1017561666\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 36px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (9) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d63c404003ef21e84228a8b5d1bec2cb_l3.png\" height=\"36\" width=\"113\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#117;&#61;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#32;&#49;&#123;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#94;&#50;&#125;&#66;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">In order to study the behavior of the solution as <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-729568734d87ffb0f88cf42b1bc6828a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> goes to zero, we use singular perturbation methods (see section 2.2). We rescale the adjoint variable <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2b5ec09b14d85337fe173890755f5259_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> as <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3dfc126754967191f32aaabf44b3a744_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#97;&#114;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#61;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#47;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"21\" width=\"76\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, so that the adjoint equations (<a href=\"#id3835249208\">8<\/a>) can be written<br><a name=\"id1459257783\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 47px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (10) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-67e10b09047e9d8f00af48f22939c60a_l3.png\" height=\"47\" width=\"335\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#61;&#45;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#72;&#125;&#47;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#120;&#95;&#49;&#125;&#38;&#61;&#38;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#45;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#32;&#65;&#95;&#51;&#94;&#84;&#92;&#98;&#97;&#114;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#123;&#92;&#98;&#97;&#114;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#125;&#95;&#50;&#61;&#45;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#72;&#125;&#47;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#120;&#95;&#50;&#125;&#38;&#61;&#38;&#45;&#120;&#95;&#50;&#45;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#45;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#32;&#65;&#95;&#52;&#94;&#84;&#92;&#98;&#97;&#114;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Multiplying the second equation in (<a href=\"#id1332949929\">2<\/a>) by <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-729568734d87ffb0f88cf42b1bc6828a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"7\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and using (<a href=\"#id1017561666\">9<\/a>) and (<a href=\"#id1459257783\">10<\/a>), we<br>obtain the singularly perturbated system<br><a name=\"id4070175791\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 185px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (11) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-655477126c245a6b77f8bbca949d8fdc_l3.png\" height=\"185\" width=\"323\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#92;&#92;&#32;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#38;&#61;&#38;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#49;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#48;&#38;&#32;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#120;&#95;&#49;&#92;&#92;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#43;&#92;&#92;&#32;&#38;&#43;&#38;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#50;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#48;&#38;&#32;&#45;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#32;&#65;&#95;&#51;&#94;&#84;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#123;&#120;&#95;&#50;&#92;&#92;&#32;&#92;&#98;&#97;&#114;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#92;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#50;&#92;&#92;&#32;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#123;&#92;&#98;&#97;&#114;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#125;&#95;&#50;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#38;&#61;&#38;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#32;&#65;&#95;&#51;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#48;&#38;&#32;&#45;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#120;&#95;&#49;&#92;&#92;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#43;&#92;&#92;&#32;&#38;&#43;&#38;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#32;&#65;&#95;&#52;&#38;&#32;&#66;&#95;&#50;&#66;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#92;&#32;&#45;&#73;&#38;&#32;&#45;&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#32;&#65;&#95;&#52;&#94;&#84;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#120;&#95;&#50;&#92;&#92;&#32;&#92;&#98;&#97;&#114;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bd458aa748471628d414a07a8d9e4212_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"20\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is nonsingular, we see that the system clearly satisfies the conditions of theorem 2.2 if we assume that the resulting Riccati equation has a unique positive semidefinite stabilizing solution. Therefore we set <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f0c42d2cee6670e353eb7681b784cc4d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"40\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> to obtain<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 85px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (12) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-6059d57999a4e6b6f994ecb50c510e19_l3.png\" height=\"85\" width=\"209\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#50;&#120;&#95;&#50;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#92;&#66;&#95;&#50;&#66;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#98;&#97;&#114;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#50;&#38;&#61;&#38;&#48;&#92;&#92;&#48;&#38;&#61;&#38;&#45;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#45;&#120;&#95;&#50;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">so that<br><a name=\"id793572436\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 44px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (13) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-adb24decf7dc8fa38e23d7ed4c87ba15_l3.png\" height=\"44\" width=\"186\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Now there exists an invariant subspace such that<br><a name=\"id3685393757\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 16px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (14) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3d1c171b819122089598bc30d4837405_l3.png\" height=\"16\" width=\"77\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#61;&#80;&#120;&#95;&#49;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">and<br><a name=\"id1866180565\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 19px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (15) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9a89d346b85e0c6308ece16a37131bf7_l3.png\" height=\"19\" width=\"77\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#95;&#49;&#61;&#80;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Substitution of (<a href=\"#id3685393757\">14<\/a>) and (<a href=\"#id1866180565\">15<\/a>) into (<a href=\"#id793572436\">13<\/a>) gives the reduced system<br><a name=\"id3384598677\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (16) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-da89d975353c8e26bf9ee315efec6865_l3.png\" height=\"22\" width=\"172\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#61;&#40;&#65;&#95;&#49;&#45;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#80;&#41;&#120;&#95;&#49;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">where P satisfies the Riccati equation<br><a name=\"id320401341\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 21px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (17) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-48ae40d5f1dd9338a4e5b683a9383117_l3.png\" height=\"21\" width=\"222\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#80;&#65;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#80;&#43;&#80;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#80;&#61;&#48;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Referring to our heuristic solution, we show that the solution to the reduced problem (<a href=\"#id3384598677\">16<\/a>)-(<a href=\"#id320401341\">17<\/a>) is exactly the solution to the problem<br><a name=\"id3718146951\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 41px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (18) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-319994e8f672809ab447ff3112a31773_l3.png\" height=\"41\" width=\"133\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#109;&#105;&#110;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#32;&#49;&#123;&#50;&#125;&#92;&#105;&#110;&#116;&#95;&#123;&#48;&#125;&#94;&#123;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#125;&#92;&#86;&#101;&#114;&#116;&#32;&#118;&#92;&#86;&#101;&#114;&#116;&#94;&#50;&#32;&#100;&#116;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">subject to<br><a name=\"id2826042332\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 15px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (19) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f115bf69352e794bbccc4bf1d014dc7a_l3.png\" height=\"15\" width=\"159\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#50;&#118;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">The Hamiltonian function for this problem is<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 36px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8606041f6bf291a60863952b3eafd987_l3.png\" height=\"36\" width=\"228\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#72;&#61;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#32;&#49;&#123;&#50;&#125;&#118;&#94;&#50;&#43;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#94;&#84;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#94;&#84;&#65;&#95;&#50;&#118;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">where<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 39px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-744a665e55384c2f0630ef09eb411537_l3.png\" height=\"39\" width=\"155\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#61;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#32;&#123;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#72;&#125;&#125;&#123;&#92;&#112;&#97;&#114;&#116;&#105;&#97;&#108;&#123;&#120;&#95;&#49;&#125;&#125;&#61;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">The optimal control law is<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 21px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c552aeecf7d7c5231304d26feb5f31d0_l3.png\" height=\"21\" width=\"85\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#118;&#61;&#45;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Letting<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 14px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-56a8f46b0afddaa1dd587052ec1bc1fd_l3.png\" height=\"14\" width=\"70\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#61;&#80;&#95;&#118;&#120;&#95;&#49;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">and<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 21px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9adbc1cf1c1a96cc3ca41b5b1ce2c409_l3.png\" height=\"21\" width=\"75\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#108;&#97;&#109;&#98;&#100;&#97;&#61;&#80;&#95;&#118;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">we get the closed-loop system<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-92edd471a3f8b8c49adb685c1ef317d2_l3.png\" height=\"22\" width=\"184\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#61;&#40;&#65;&#95;&#49;&#45;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#80;&#95;&#118;&#41;&#120;&#95;&#49;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-881663a25f5aa804d45b6d409b936405_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#95;&#118;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"18\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is the positive semidefinite solution (if it exists) to the Riccati equation<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 21px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8c3dcc397e027ba1b4fe70d4f6134480_l3.png\" height=\"21\" width=\"247\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#80;&#95;&#118;&#65;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#80;&#95;&#118;&#45;&#80;&#95;&#118;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#80;&#95;&#118;&#61;&#48;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Thus, we have shown that the problem (<a href=\"#id3985502918\">1<\/a>)-(<a href=\"#id1332949929\">2<\/a>) reduces, as <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-737530a7bbb6d944280940b93341fed3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#112;&#115;&#105;&#108;&#111;&#110;&#32;&#92;&#116;&#111;&#32;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"44\" style=\"vertical-align: -1px;\"\/>, to the reduced problem (<a href=\"#id3718146951\">18<\/a>)-(<a href=\"#id2826042332\">19<\/a>). Now we will turn to the question of existence and uniqueness of the solution to the reduced problem.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Proposition 3.1:<\/strong> Consider the Riccati equation (<a href=\"#id320401341\">17<\/a>). If the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> does not have any eigenvalues<br>on the imaginary axis, there exists a unique, positive semidefinite solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-650eb7688af6737ac325425b5c9a5982_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> to the Riccati equation which stabilizes the system (<a href=\"#id3384598677\">16<\/a>).<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong><em>Proof:<\/em><\/strong> Note that the detectability condition of theorem 2.5 is not satisfied for the problem (<a href=\"#id3718146951\">18<\/a>)-(<a href=\"#id2826042332\">19<\/a>). Therefore, we consider the three possible cases where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is stable (all eigenvalues of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> lie in the open left-hand complex plane), antistable (all eigenvalues of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> lie in the open right-hand complex plane &#8211; we assumed that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> does not have any eigenvalue on the imaginary axis), and when <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> has some eigenvalues in the open left-hand complex plane and some eigenvalues in the open right-hand complex plane.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><em>Case 1:<\/em><br>Suppose that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-724e034757bfc90b389ab3e018d25a96_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#40;&#65;&#95;&#49;&#41;&#92;&#105;&#110;&#92;&#98;&#102;&#123;&#67;&#125;&#94;&#45;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"92\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. Then the Riccati equation (<a href=\"#id320401341\">17<\/a>) has the unique positive semidefinite solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5314141da8c1eaeb991879d53490eb9c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"46\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and (<a href=\"#id3384598677\">16<\/a>) becomes<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 15px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d4ac0362a762abee4bf9ea825e65bdcc_l3.png\" height=\"15\" width=\"85\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#61;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><em>Remark:<\/em><br>We see that this is just the zero dynamics of the system. Using the method outlined in section 2.1 on the system (<a href=\"#id1332949929\">2<\/a>)<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 61px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (20) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e6fe8bc9fc98f974554d454c9b486d72_l3.png\" height=\"61\" width=\"216\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#50;&#120;&#95;&#50;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#50;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#51;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#52;&#120;&#95;&#50;&#43;&#66;&#95;&#50;&#117;&#92;&#92;&#121;&#38;&#61;&#38;&#120;&#95;&#50;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">we set<br><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5e8ef70615fdaee8588017ac1fdd2da0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#121;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"42\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>, so that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9346f8308ece06cc9803ed9397d849a0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#121;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"42\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> too. Then<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 17px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d1cd39e2a96d945e879659437bf299eb_l3.png\" height=\"17\" width=\"231\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#121;&#61;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#50;&#61;&#65;&#95;&#51;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#52;&#120;&#95;&#50;&#43;&#66;&#95;&#50;&#117;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bd458aa748471628d414a07a8d9e4212_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#66;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"20\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is nonsingular we choose<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-39943c309484a9277ae42c04ec1a9f3f_l3.png\" height=\"22\" width=\"197\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#117;&#61;&#45;&#66;&#95;&#50;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#40;&#65;&#95;&#51;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#52;&#120;&#95;&#50;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Changing coordinates according to<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 34px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (21) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bcfa446c966403d964acb1bb6f1aa7c0_l3.png\" height=\"34\" width=\"112\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#122;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#121;&#61;&#120;&#95;&#50;&#92;&#92;&#122;&#95;&#50;&#38;&#61;&#38;&#120;&#95;&#49;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><br>we obtain<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 37px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (22) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-eaaa9e5b6b199e35eab89430ee6f45f2_l3.png\" height=\"37\" width=\"320\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#122;&#95;&#49;&#38;&#61;&#38;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#121;&#61;&#65;&#95;&#51;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#52;&#120;&#95;&#50;&#43;&#66;&#95;&#50;&#117;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#122;&#95;&#50;&#38;&#61;&#38;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#61;&#65;&#95;&#49;&#120;&#95;&#49;&#43;&#65;&#95;&#50;&#120;&#95;&#50;&#61;&#65;&#95;&#49;&#122;&#95;&#50;&#43;&#65;&#95;&#50;&#122;&#95;&#49;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bbc561185fa37ff000329dcfd95bd147_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#122;&#95;&#49;&#61;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#122;&#95;&#49;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"88\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, the zero dynamics of the system are described by<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 15px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c6a399296232d511eba5e03cc9b63a44_l3.png\" height=\"15\" width=\"81\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#122;&#95;&#50;&#61;&#65;&#95;&#49;&#122;&#95;&#50;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><em>Case 2:<\/em><br>Suppose that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-29b4e3211d712dc7ca12a4f5ebdd5d29_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#40;&#65;&#95;&#49;&#41;&#92;&#105;&#110;&#92;&#98;&#102;&#123;&#67;&#125;&#94;&#43;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"92\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. Then <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-83ee1f8138adec9288ecd39689be098e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#65;&#95;&#49;&#44;&#65;&#95;&#50;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"62\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> must be controllable due to the stabilizability condition. Consider the Lyapunov equation<br><a name=\"id2779432577\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 21px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (23) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2a41f6a2874a036920a0f30976c2b192_l3.png\" height=\"21\" width=\"210\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#45;&#81;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#45;&#65;&#95;&#49;&#81;&#43;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#61;&#48;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">By integrating the expression<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 47px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-df646d87816de19c2a285a520cb31d19_l3.png\" height=\"47\" width=\"430\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#32;&#100;&#123;&#100;&#116;&#125;&#40;&#101;&#94;&#123;&#45;&#65;&#95;&#49;&#116;&#125;&#81;&#101;&#94;&#123;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#116;&#125;&#41;&#38;&#61;&#38;&#45;&#101;&#94;&#123;&#45;&#65;&#95;&#49;&#116;&#125;&#40;&#45;&#65;&#95;&#49;&#81;&#45;&#81;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#41;&#101;&#94;&#123;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#116;&#125;&#61;&#92;&#92;&#38;&#61;&#38;&#101;&#94;&#123;&#45;&#65;&#95;&#49;&#116;&#125;&#40;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#41;&#101;&#94;&#123;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#116;&#125;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">using the Lyapunov equation (<a href=\"#id2779432577\">23<\/a>), the stability of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e6808a11f5c1ef1c3dca042a1e842ff7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#45;&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"32\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> and the fact that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-83849197fab42a9aee74b0d49900b353_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#92;&#103;&#101;&#113;&#32;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"78\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, we see that<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 41px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-6065b3fee5e4448f436a8240ad365557_l3.png\" height=\"41\" width=\"209\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#81;&#61;&#92;&#105;&#110;&#116;&#95;&#123;&#48;&#125;&#94;&#123;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#125;&#101;&#94;&#123;&#45;&#65;&#95;&#49;&#116;&#125;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#101;&#94;&#123;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#116;&#125;&#100;&#116;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">is a solution. This is just the controllability Grammian of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-83ee1f8138adec9288ecd39689be098e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#65;&#95;&#49;&#44;&#65;&#95;&#50;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"62\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. (See e.g. Wonham [2,~pp.~277-278].) Furthermore, if <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-83ee1f8138adec9288ecd39689be098e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#65;&#95;&#49;&#44;&#65;&#95;&#50;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"62\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is controllable, we have that<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 41px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ab3b984658b8530dce3ab0c50a9d232b_l3.png\" height=\"41\" width=\"221\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#87;&#40;&#92;&#116;&#97;&#117;&#41;&#61;&#92;&#105;&#110;&#116;&#95;&#123;&#48;&#125;&#94;&#123;&#92;&#116;&#97;&#117;&#125;&#101;&#94;&#123;&#65;&#95;&#49;&#116;&#125;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#101;&#94;&#123;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#116;&#125;&#100;&#116;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">is positive definite for every <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1df9bff7117013ec0a2ca781a3b317fe_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#116;&#97;&#117;&#32;&#62;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"42\" style=\"vertical-align: -2px;\"\/> (see Wonham [2, p. 38]).<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Thus <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2c758bec4c272382411b95fc0e7ee250_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> is positive definite and therefore <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4e8cde43c768bbd54bba6ff2bff3df94_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"31\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> exists. If we let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-977bd8b1b854a41566ad5d61ec2b9f35_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#61;&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"70\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> and multiply the Lyapunov equation by <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4e8cde43c768bbd54bba6ff2bff3df94_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#81;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"31\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> from the right and from the left, we see that this is just the reduced Riccati equation (<a href=\"#id320401341\">17<\/a>). Since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-650eb7688af6737ac325425b5c9a5982_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is nonsingular, we have from (<a href=\"#id320401341\">17<\/a>)<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 21px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a32b72f6c4c6cd87dfa809f237152969_l3.png\" height=\"21\" width=\"199\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#80;&#61;&#80;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#80;&#43;&#65;&#95;&#49;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">so that (<a href=\"#id3384598677\">16<\/a>) becomes<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b0f9b51e19c3feb2010ca4ed206574d5_l3.png\" height=\"22\" width=\"358\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#61;&#40;&#65;&#95;&#49;&#45;&#80;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#80;&#45;&#65;&#95;&#49;&#41;&#120;&#95;&#49;&#61;&#45;&#80;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#80;&#120;&#95;&#49;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Since the transpose of a matrix has the same eigenvalues as the original matrix and the similarity transformation does not change the eigenvalues, the reduced system has the same eigenvalues as <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, but reflected in the imaginary axis.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Writing the equation as<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 21px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fc2fc5932869d6e51e3fb61a1c1e2c08_l3.png\" height=\"21\" width=\"129\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#80;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#49;&#61;&#45;&#65;&#95;&#49;&#94;&#84;&#80;&#120;&#95;&#49;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">and referring to (<a href=\"#id793572436\">13<\/a>), we see that this is just the adjoint equation of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-01a7b7b5dca66cb33a1207e1f39c1140_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><em>Case 3:<\/em><br>Finally, suppose that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is unstable with some stable and some unstable eigenvalues. Define the modal subspaces<br>(see Francis [4, pp. 85-86]) of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4ee591162d5d2b0f9bb265fd1e01b605_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#82;&#94;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"22\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> as<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 41px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (24) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-74835337db60ede1db7315108fae7619_l3.png\" height=\"41\" width=\"191\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#88;&#95;&#45;&#40;&#65;&#41;&#38;&#58;&#61;&#38;&#92;&#107;&#101;&#114;&#126;&#32;&#92;&#97;&#108;&#112;&#104;&#97;&#95;&#45;&#40;&#65;&#41;&#92;&#92;&#88;&#95;&#43;&#40;&#65;&#41;&#38;&#58;&#61;&#38;&#92;&#107;&#101;&#114;&#126;&#32;&#92;&#97;&#108;&#112;&#104;&#97;&#95;&#43;&#40;&#65;&#41;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bf19b5e53ed9522be6092cbe5e24e603_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#97;&#108;&#112;&#104;&#97;&#32;&#40;&#115;&#41;&#61;&#92;&#97;&#108;&#112;&#104;&#97;&#95;&#45;&#40;&#115;&#41;&#92;&#97;&#108;&#112;&#104;&#97;&#95;&#43;&#40;&#115;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"146\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is the characteristic polynomial of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-25b206f25506e6d6f46be832f7119ffa_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. The factor <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0358f366003ec42825375d14b9ad4e86_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#97;&#108;&#112;&#104;&#97;&#95;&#45;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"21\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> has all its zeros in Re <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a00dbf23c33ffcf79ff8301ab5fc9f8f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#115;&#60;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"41\" style=\"vertical-align: -2px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-49f69bf1097f07307aafdb4927cc4171_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#97;&#108;&#112;&#104;&#97;&#95;&#43;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"21\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> has all its zeros in Re <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-67a30dba0d130e1aebfa4a93117d6f2e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#115;&#62;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"41\" style=\"vertical-align: -2px;\"\/>. (There are no zeros on the imaginary axis.) It can be shown that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-89ef11628f41027f028dc22175c53f7c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#45;&#40;&#65;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"52\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is spanned by the generalized real eigenvectors of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-25b206f25506e6d6f46be832f7119ffa_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> corresponding to eigenvalues in<br>Re <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a00dbf23c33ffcf79ff8301ab5fc9f8f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#115;&#60;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"41\" style=\"vertical-align: -2px;\"\/> and similarly for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f56068dda79df6f0f89bf1f49bbc0a60_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#43;&#40;&#65;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"52\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. These two modal subspaces are complementary, i.e. they are independent and their sum is all of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4ee591162d5d2b0f9bb265fd1e01b605_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#82;&#94;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"22\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Thus<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 19px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-589a614f750fb1ca2cfdb2083607ddd7_l3.png\" height=\"19\" width=\"179\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#82;&#94;&#110;&#61;&#88;&#95;&#45;&#40;&#65;&#41;&#92;&#111;&#112;&#108;&#117;&#115;&#32;&#88;&#95;&#43;&#40;&#65;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Now, because <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is supposed not to have any eigenvalues on the imaginary axis, there exists a similarity transformation <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f9ed275b0bf1633b7ee83b78fcc28273_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#84;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> such that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1ee730a26bf9706ff151cbfe97c8d9a3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#84;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#65;&#95;&#49;&#84;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"65\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> has the form<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-09f7b7707976d6a210fd3f45a7abadb8_l3.png\" height=\"43\" width=\"118\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#48;&#38;&#32;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#44;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-07289e07de1b1e4155b3400228089ff8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"26\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is stable and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-48f61f81fc10d2f444c803a12d1a29ae_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"27\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is antistable. Partitioning <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-650eb7688af6737ac325425b5c9a5982_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-47bcf8f5bd85f586a25ce111d1d119b0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"20\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> accordingly, the algebraic Riccati equation (<a href=\"#id320401341\">17<\/a>) can then be written<br><a name=\"id2676704418\"><\/a><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 88px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (25) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-867391ea95cfe69f2e562248d4bdfb1c_l3.png\" height=\"88\" width=\"494\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#94;&#84;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#48;&#38;&#32;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#94;&#84;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#80;&#95;&#123;&#49;&#125;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#50;&#125;&#92;&#92;&#80;&#95;&#123;&#50;&#125;&#94;&#84;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#52;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#43;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#80;&#95;&#123;&#49;&#125;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#50;&#125;&#92;&#92;&#32;&#80;&#95;&#123;&#50;&#125;&#94;&#84;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#52;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#48;&#38;&#32;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#45;&#92;&#92;&#45;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#80;&#95;&#123;&#49;&#125;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#50;&#125;&#92;&#92;&#80;&#95;&#123;&#50;&#125;&#94;&#84;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#52;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#49;&#125;&#38;&#32;&#65;&#95;&#123;&#50;&#50;&#125;&#92;&#92;&#32;&#65;&#95;&#123;&#50;&#51;&#125;&#38;&#32;&#65;&#95;&#123;&#50;&#52;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#49;&#125;&#94;&#84;&#38;&#32;&#65;&#95;&#123;&#50;&#51;&#125;&#94;&#84;&#92;&#92;&#32;&#65;&#95;&#123;&#50;&#50;&#125;&#94;&#84;&#38;&#32;&#65;&#95;&#123;&#50;&#52;&#125;&#94;&#84;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#80;&#95;&#123;&#49;&#125;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#50;&#125;&#92;&#99;&#114;&#32;&#80;&#95;&#123;&#50;&#125;&#94;&#84;&#38;&#32;&#80;&#95;&#123;&#52;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#61;&#48;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">If we can find a positive semidefinite matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-650eb7688af6737ac325425b5c9a5982_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> which stabilizes the system (<a href=\"#id3384598677\">16<\/a>), i.e. makes <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b7439512f6aca88ca033f6ca343439fb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;&#45;&#65;&#95;&#50;&#65;&#95;&#50;&#94;&#84;&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"102\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> stable, and satisfies the Riccati equation (<a href=\"#id2676704418\">25<\/a>), <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-650eb7688af6737ac325425b5c9a5982_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> must be unique. Suppose that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-650eb7688af6737ac325425b5c9a5982_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> has the form<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0a216990ec05baad9967fdea948867ab_l3.png\" height=\"43\" width=\"80\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#42;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#48;&#38;&#32;&#42;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">We see that we have the conditions<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (26) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-df13b482d98ee927ce95db9086c92908_l3.png\" height=\"43\" width=\"429\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#40;&#105;&#41;&#125;&#38;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#32;&#38;&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#45;&#65;&#95;&#123;&#50;&#49;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#49;&#125;&#94;&#84;&#80;&#95;&#49;&#45;&#65;&#95;&#123;&#50;&#50;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#50;&#125;&#94;&#84;&#80;&#95;&#49;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#117;&#115;&#116;&#126;&#98;&#101;&#126;&#115;&#116;&#97;&#98;&#108;&#101;&#44;&#125;&#92;&#92;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#40;&#105;&#105;&#41;&#125;&#38;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#32;&#38;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#45;&#65;&#95;&#123;&#50;&#51;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#51;&#125;&#94;&#84;&#80;&#95;&#52;&#45;&#65;&#95;&#123;&#50;&#52;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#52;&#125;&#94;&#84;&#80;&#95;&#52;&#92;&#113;&#117;&#97;&#100;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#117;&#115;&#116;&#126;&#98;&#101;&#126;&#115;&#116;&#97;&#98;&#108;&#101;&#46;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">From case 1 and 2, we see that the Riccati equation (<a href=\"#id2676704418\">25<\/a>) and the stability conditions (i) and (ii) are satisfied if we choose <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a73211173f75dc8ea091898b1ab2832f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#95;&#49;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"52\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d241a9bec9f6b14dd00e0b195fb3c60d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#80;&#95;&#52;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"18\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> as the positive semidefinite solution to the equation<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 21px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (27) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8cd48ef4fefa9d2dccc5b0d3860d8efe_l3.png\" height=\"21\" width=\"383\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#94;&#84;&#80;&#95;&#52;&#43;&#80;&#95;&#52;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#45;&#80;&#95;&#52;&#65;&#95;&#123;&#50;&#51;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#51;&#125;&#94;&#84;&#80;&#95;&#52;&#45;&#80;&#95;&#52;&#65;&#95;&#123;&#50;&#52;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#52;&#125;&#94;&#84;&#80;&#95;&#52;&#61;&#48;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Such a solution exists, since the pair <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-83ee1f8138adec9288ecd39689be098e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#65;&#95;&#49;&#44;&#65;&#95;&#50;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"62\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is stabilizable by assumption. Thus, we have the resulting system<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 44px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (28) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-543e3713a1841121153f0a7438db8f40_l3.png\" height=\"44\" width=\"430\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#92;&#92;&#32;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#123;&#49;&#50;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#61;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#38;&#32;&#45;&#40;&#65;&#95;&#123;&#50;&#49;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#51;&#125;&#94;&#84;&#43;&#65;&#95;&#123;&#50;&#50;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#52;&#125;&#94;&#84;&#41;&#80;&#95;&#52;&#92;&#92;&#48;&#38;&#32;&#45;&#80;&#95;&#52;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#94;&#84;&#80;&#95;&#52;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#120;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#92;&#92;&#32;&#120;&#95;&#123;&#49;&#50;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">It is easily seen that the closed-loop system is stable since its eigenvalues are exactly those of the stable matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-07289e07de1b1e4155b3400228089ff8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"26\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> and those of the antistable matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-48f61f81fc10d2f444c803a12d1a29ae_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"27\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> with negative sign.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2b6e225d778ccd32cb2bd9cc4eaead9a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#117;&#108;&#108;&#101;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"7\" width=\"8\" style=\"vertical-align: 1px;\"\/><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">To interpret this result, first we observe that due to stabilizability, the unstable subspace must lie in the controllable subspace, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-dae6bae3dcdac4629730754352c5e329_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#82;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, but we can not conclude that the intersection of the stable subspace and the<br>controllable subspace is empty.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Consider the decomposition of case 3 into the stable and unstable modal subspaces. Suppose that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bcb5081015bbf056a34449560bd3b872_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#45;&#40;&#65;&#41;&#92;&#99;&#97;&#112;&#32;&#82;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"119\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, although this in general is not true. Then we simply have <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f74e345335ea4d9b3fca318937d19ea7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#43;&#40;&#65;&#41;&#61;&#82;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"91\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> and we can put the system (<a href=\"#id2826042332\">19<\/a>) in its controllability canonical form, i.e.<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 43px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (29) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-810cb7c7fba7fc17611275e6dc5579b8_l3.png\" height=\"43\" width=\"267\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#61;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#125;&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#38;&#32;&#48;&#92;&#92;&#32;&#48;&#38;&#32;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#120;&#43;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#125;&#48;&#92;&#92;&#32;&#65;&#95;&#50;&#39;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#118;&#39;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">where the zeros in the matrices follow from <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-51980286d36f63d8c4eeb64b935afbd2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#45;&#40;&#65;&#41;&#92;&#99;&#97;&#112;&#32;&#88;&#95;&#43;&#40;&#65;&#41;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"159\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> and the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-25b206f25506e6d6f46be832f7119ffa_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>-invariance of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-dae6bae3dcdac4629730754352c5e329_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#82;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Therefore we have<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 40px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (30) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-089f82fc7d850da97bc65cfb6aefb755_l3.png\" height=\"40\" width=\"184\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#120;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#123;&#49;&#50;&#125;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#120;&#95;&#123;&#49;&#50;&#125;&#43;&#65;&#95;&#50;&#39;&#118;&#39;&#44;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">which corresponds to <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1329d927feae768636b9c8067ee24c04_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#123;&#50;&#49;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#51;&#125;&#94;&#84;&#43;&#65;&#95;&#123;&#50;&#50;&#125;&#65;&#95;&#123;&#50;&#52;&#125;&#94;&#84;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"166\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> in case 3. This would give the reduced system<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 40px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (31) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0ef9b0d60ad81d23faf7f85887733980_l3.png\" height=\"40\" width=\"193\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#123;&#99;&#99;&#108;&#125;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#38;&#61;&#38;&#65;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#120;&#95;&#123;&#49;&#49;&#125;&#92;&#92;&#92;&#100;&#111;&#116;&#32;&#120;&#95;&#123;&#49;&#50;&#125;&#38;&#61;&#38;&#45;&#80;&#95;&#52;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#65;&#95;&#123;&#49;&#52;&#125;&#94;&#84;&#80;&#95;&#52;&#120;&#95;&#123;&#49;&#50;&#125;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#114;&#114;&#97;&#121;&#125;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#101;&#113;&#117;&#97;&#116;&#105;&#111;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Furthermore, we observe that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b08054a5072f854f2a232c5a8266bcb8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#82;&#61;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#73;&#109;&#125;&#126;&#87;&#40;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"103\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f05c0b9c6b48c406928096e8aef10c60_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#87;&#40;&#116;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"38\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is the controllability Grammian. Thus, we can interpret the above results as follows:<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">In the subspace <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c60fedd4c9373518761fa190e63b5f43_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#45;&#40;&#65;&#95;&#49;&#41;&#47;&#88;&#95;&#45;&#40;&#65;&#95;&#49;&#41;&#92;&#99;&#97;&#112;&#32;&#82;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"165\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, the optimal control gives the zero dynamics restricted to the stable subspace, in <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c262a320d5e95037fc19031d4c7252fb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#43;&#40;&#65;&#95;&#49;&#41;&#92;&#115;&#117;&#98;&#115;&#101;&#116;&#101;&#113;&#32;&#82;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"99\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> we have the adjoint equation subject to a similarity transformation by the inverse of the controllability Grammian of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-78abf59263e3b9df68d40d3d79cf236a_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#43;&#40;&#65;&#95;&#49;&#41;&#92;&#99;&#97;&#112;&#32;&#82;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"95\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, i.e. of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-dae6bae3dcdac4629730754352c5e329_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#82;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> restricted to <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8c40cfb7caad396f7289c816e5247905_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#43;&#40;&#65;&#95;&#49;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"60\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. Finally, the subspace <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c64ca8cabed9fa3eeefa98f9df870384_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#95;&#45;&#40;&#65;&#95;&#49;&#41;&#92;&#99;&#97;&#112;&#32;&#82;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"95\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is naturally also affected by the minimum control which, however, does not change the stability properties of the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">To conclude, we observe that the conditions for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2b646eceaa3ae7f10330ff53add183b2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#76;&#94;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"19\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>-bounding are satisfied. Considering the decomposition and lemma 2.2 of section 2.3 we see that<br><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 19px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8ef1c777bfa72821f3368c5c32a1154d_l3.png\" height=\"19\" width=\"259\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#91;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#114;&#97;&#110;&#107;&#126;&#125;&#71;&#40;&#115;&#41;&#61;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#114;&#97;&#110;&#107;&#126;&#125;&#66;&#95;&#50;&#61;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#114;&#97;&#110;&#107;&#126;&#125;&#67;&#66;&#46;&#92;&#93;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Furthermore, from the comment following theorem 2.4 and the fact that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-114b51fda404df9a709d7e156cf5cc78_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#71;&#40;&#115;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"35\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is square and has full rank, the condition that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-17fbdcf3e713bd7f84fce81fd422b2fc_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#103;&#97;&#109;&#109;&#97;&#95;&#114;&#40;&#115;&#94;&#50;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"45\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> has no zeros on the imaginary axis is exactly the condition that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> does not have any eigenvalues on the imaginary axis, since the eigenvalues of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.mathgallery.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3222e368305b8fbc4b305c8c9bbaa988_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#95;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> are the transmission zeros of the system.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Consider the optimal control problem of minimizing the functional (1) &nbsp; subject to the dynamics (2) &nbsp; so that &nbsp; &nbsp; We make the assumptions that the system (2) is time-invariant, has relative degree , is stabilizable, is detectable and that is nonsingular. (In lemma 3.1 below we show which systems can be represented in [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-479","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.mathgallery.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/479","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.mathgallery.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.mathgallery.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.mathgallery.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.mathgallery.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=479"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/www.mathgallery.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/479\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":502,"href":"https:\/\/www.mathgallery.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/479\/revisions\/502"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.mathgallery.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=479"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}