Задачи по мат.физике
.pdfA) IMELA BY RE[ENIE. eDINSTWENNO LI \TO RE[ENIE? B) NE IMELA BY RE[ENIJ.
rE[ENIE.
nAJDEM HARAKTERISTIKI URAWNENIQ uxx + 5uxy ; 6uyy = 0 :
(dy)2 ; 5 dy dx ; 6(dx)2 = 0 |
y + x = C1 y ; 6x = C2 |
I ZAPI[EM EGO OB]EE RE[ENIE |
|
u(x y ) = f(y + x) + g(y ; 6x)
GDE f( ) ( ) 2 C2(R) | PROIZWOLXNYE FUNKCII ODNOJ PEREMEN- NOJ. pODSTAWIM OB]EE RE[ENIE W NA^ALXNYE USLOWIQ, ZADANNYE NA ODNOJ IZ HARAKTERISTIK
( |
u y=6x |
= |
f(7x) + g(0) |
= |
'(x) |
(16) |
||
uy |
|
= |
f0(7x) + g0(0) |
= |
(x): |
|||
|
||||||||
y=6x |
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nEOBHODIMOE USLOWIE RAZRE[IMOSTI SISTEMY (16) IMEET WID
'0(x) = 7 (x) + const
PRI^EM IZ SISTEMY (16) NAJTI MOVNO TOLXKO FUNKCI@ f( ) A FUNKCIQ g( ) NE OPREDELQETSQ.
A) pRIMER NA^ALXNYH DANNYH, PRI KOTORYH ZADA^A kO[I IMEET RE[ENIE:
|
|
'(x) = 7x2 |
(x) = 2x: |
rE[ENIE ZADA^I NEEDINSTWENNO: |
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||
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1 |
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u(t x ) = 7 (x + y)2 + g(y ; 6x) |
|
GDE g( ) 2 C |
2 |
R |
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( ) | L@BAQ FUNKCIQ, UDOWLETWORQ@]AQ USLOWIQM |
||
g(0) = g0(0) = 0: |
|
||
B) pRIMER NA^ALXNYH USLOWIJ, PRI KOTORYH ZADA^A kO[I |
|||
NE IMEET RE[ENIQ: |
|
||
|
|
'(x) = x2 |
(x) = 2x: |
w \TOM SLU^AE SISTEMA (16) PROTIWORE^IWA.
81
zADA^A 3.14.
nAJTI RE[ENIE u(x t ), x = (x1 |
2 |
3), W R3 R+ ZADA^I: |
||||||
utt = xu |
u |
|
|
= 0 |
ut |
|
|
= x 7: |
|
|
t=0 |
|
|
t=0 |
j j |
rE[ENIE. pEREJDEM W SFERI^ESKIE KOORDINATY. tAK KAK NA- ^ALXNYE USLOWIQ ZADA^I ZAWISQT TOLXKO OT jxj = r TO I RE[ENIE, W SILU EDINSTWENNOSTI, QWLQETSQ FUNKCIEJ TOLXKO PEREMENNYH r I t:
dLQ FUNKCIJ, ZAWISQ]IH TOLXKO OT RADIUSA, OPERATOR lAP- LASA W PROSTRANSTWE x 2 Rn IMEET WID
x = |
@2 |
+ n ; 1 |
@ |
: |
@r2 |
|
|||
|
r @r |
|
sLEDOWATELXNO, ZADA^A DLQ FUNKCII u = u(r ) PEREPI[ETSQ TAK
utt = urr + 2 ur |
r > 0> |
|
|
0 |
u |
t=0 |
= 0 ut |
|
t=0 |
= r7: |
|||||
r |
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||||||
dOMNOVIM URAWNENIE NA r : |
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rutt = rurr + 2ur |
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|||||
I SDELAEM ZAMENU v(r |
) = ru(r ): tOGDA vtt = rutt |
r = rur + u |
|||||||||||||
vrr = rurr + 2ur: tAK KAK u(0 |
) OGRANI^ENA, TO v(0 |
|
) = 0: |
||||||||||||
pOLU^IM ZADA^U DLQ FUNKCII v(r ) |
|
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|||||
vtt = vrr r > 0> |
0 |
v |
|
t=0 |
= 0 t |
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|
= r8 |
|
v |
|
r=0 |
= 0: |
||
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|
t=0 |
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|
pRIMENIM METOD D'aLAMBERA DLQ POLUOGRANI^ENNOJ STRUNY, PRODOLVIW NA^ALXNYE USLOWIQ NE^ETNO W OBLASTX r < 0 (SM. TEORI@ K PARAGRAFU 3):
|
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8 |
1 |
r+t |
|
1 |
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2rZt |
8 d = |
|
|
(r + t)9 |
; (r ; t)9 |
|
r > t |
|||||
|
v(r ) = |
18 |
||||||||||||
|
> |
|
; |
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|||
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1 |
r+t |
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1 |
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||
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|
< |
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8 |
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9 |
; (t ; r) |
9 |
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> |
|
; |
d = |
|
(r + t) |
|
|
r < t: |
||||
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|
: |
2tZr |
18 |
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||||||
82 |
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tOGDA
u(r ) = |
1 |
|
1 |
|
(r + t)9 |
|||
r v(r ) = |
|
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||||||
18r |
||||||||
nAJTI u(0 |
) MOVNO LIBO KAK lim u(r |
|||||||
HGOFA |
|
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|
r!0 |
|
|
u(0 ) = |
1 |
Z |
j j7 dS = |
|
t7 |
Z |
||
4 t |
|
4 t |
||||||
|
|
j j=t |
|
|
|
|
j j=t |
t |
|
r |
9 |
|
r = 0: |
|
; j |
; |
|
j |
|
6 |
|
) LIBO PO FORMULE kIR- |
||||||
dS = |
|
t7 |
4 t2 = t8: |
|||
|
4 t |
oTWET: |
|
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u(x t ) = |
1 |
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x |
+ t |
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9 |
|
t |
|
x |
9 |
x = 0 |
u(0 ) = t8: |
18jxj ;j |
|
|
; |
|
j |
||||||||
|
j |
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|
|
; j |
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6 |
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|||||
zADA^A 3.27. |
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pRI KAKIH A I ! SU]ESTWUET RE[ENIE u 2 C2( |
R |
+ |
R |
+) W |
R |
+ |
R |
+ |
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KRAEWOJ ZADA^I: |
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utt = uxx |
u |
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x=0 |
= cos !t u |
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= A e;x2 |
ut |
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t=0 |
= 0 ? |
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||||
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t=0 |
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nAJTI \TO RE[ENIE.
rE[ENIE. oB]EE RE[ENIE URAWNENIQ STRUNY IMEET WID
u(x t ) = f(x ; t) + g(x + t):
pRI x > t RE[ENIE OPREDELQETSQ PO FORMULE dALAMBERA: u(x t ) = f(x ; t) + g(x + t) = A2 ;e;(x;t)2 + e;(x+t)2 :
pRI x < t IMEEM
u(x t ) = f(x ; t) + g(x + t) = f(x ; t) + A2 e;(x+t)2
GDE PADA@]AQ WOLNA g( ) TA VE, ^TO PRI x > t, A OTRAVENNAQ WOLNA f( ), < 0, NAHODITSQ IZ GRANI^NOGO USLOWIQ:
u |
|
|
= f( |
; |
t) + Ae;t2 = cos !t |
() |
f( ) = cos ! |
A e; 2 : |
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2 |
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83 |
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x=0 |
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tOGDA PRI x < t
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A |
;e;(x+t) |
2 |
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2 |
+ cos !(x ; t): |
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u(x t ) = 2 |
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; e;(x;t) |
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fUNKCIQ u(x t ) PRINADLEVIT KLASSU C2( |
|
+ |
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+), ESLI ONA IME- |
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R |
R |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ET DWE NEPRERYWNYE PROIZWODNYE NA UGLOWOJ HARAKTERISTIKE |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x = t. dLQ \TOGO FUNKCIQ f( ), ZADAWAEMAQ f( ) = Ae; 2 =2 PRI |
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> 0 |
I f( ) = |
; |
Ae; 2 =2 + cos ! PRI < 0, DOLVNA BYTX KLAS- |
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SA C |
2 |
W NULE, |
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TO ESTX |
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f(+0) = f(;0) |
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() |
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A |
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= 1 ; |
A |
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() |
|
A = 1 |
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||||||||||||||||||||||||||||
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2 |
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2 |
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f0(+0) = f0(;0) |
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(WYPOLNENO WSEGDA), |
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! = p |
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f00(+0) = f00(;0) |
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() |
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;1 = 1 ; !2 |
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() |
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2 |
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TAK KAK |
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f0(+0) = ; e; 2 |
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=0 = 0 |
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f0( |
; |
0) = |
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e; 2 |
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! sin |
!t |
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= 0 |
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; |
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=0 |
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f00 |
(+0) = |
|
; |
e; |
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+ 2 2e; |
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=0 |
= |
; |
1 |
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2 |
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2 |
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f00 |
(;0) = e; |
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; 2 2e; |
|
; !2 cos ! =0 = 1 ; !2 |
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pRI NAJDENNYH ZNA^ENIQH |
A |
I |
! |
POLU^IM DWAVDY NEPRERYW |
- |
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NO DIFFERENCIRUEMOE RE[ENIE ZADA^I: |
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e;(x+t)2 + e;(x;t)2 |
=2 |
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x > t |
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u(t x ) = (;e;(x+t)2 |
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e;(x;t)2 |
=2 + cos |
; |
p |
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(x |
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2 |
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t) |
x < t: |
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; |
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; |
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; |
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|||||
zADA^A 3.33. |
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pUSTX u(x t ) | RE[ENIE W [0 1] |
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+ SME[ANNOJ ZADA^I |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
R |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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utt = 4uxx |
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u x=0 = u x=1 = 0 |
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u |
t=0 |
= 4 sin3 x |
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ut |
t=0 |
= 30x(1 |
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x): |
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84 |
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; |
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Z0 |
1 |
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A) nAJTI f |
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1 |
, GDE f(t) = |
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ut2(x t ) + 4u2x(x t ) |
|
dx. |
||||||||||||||||||||
|
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3 |
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B) nAJTI u;(x |
2). |
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rE[ENIE. A) |
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f0(t) = Z01 |
2ut(x t )utt(x t ) + 8ux(x t )utx(x t ) dx = |
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= f |
|
IZ URAWNENIQ utt = 4uxx g = |
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1 |
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= 8 |
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Z0 |
ut(x t )uxx(x t ) + ux(x t )utx(x t ) |
|
dx = |
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x=1 |
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||||
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= fPO ^ASTQMg = 8ut(x t )ux(x t ) |
x=0 |
; |
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||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
; |
8 |
Z0 |
1 utx(x t )ux(x t )dx + 8 |
|
|
1 ux(x t )utx(x t )dx = 0 |
||||||||||||||||||||
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Z0 |
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PODSTANOWKA RAWNA NUL@ IZ GRANI^NYH USLOWIJ: |
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|
u x=0 = u x=1 = 0 =) ut |
x=0 = ut |
|
x=1 = 0: |
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tAK KAK f |
0(t) = 0 TO f(t) const, I |
|
|
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|||||||||||||||||||
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f; |
1 |
|
= f(0) = Z01 |
ut2(x 0) + ux2(x 0) dx: |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
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|
||||||||||||||||||||||
dLQ TOGO, ^TOBY NAJTI ux(x 0) |
PRODIFFERENCIRUEM NA^ALXNOE |
||||||||||||||||||||||||||||||
USLOWIE u(x 0) = 4 sin3 x PO x. pOLU^IM |
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||
|
; |
1 |
|
|
Z0 |
1 |
|
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|
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|
x))2 + 4(12 sin2 x cos x)2 |
|
dx = 30 + 36 2: |
|||||||||||||||
f |
= |
|
|
(30x(1 |
; |
||||||||||||||||||||||||||
|
3 |
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B) nAJDEM OB]EE RE[ENIE ZADA^I METODOM fURXE: |
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X |
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u(x t ) = |
1 |
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An cos 2 nt + Bn sin 2 nt |
|
|
sin nx: |
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n=1 |
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|
tOGDA RE[ENIE u(x t ) 1{PERIODI^NO PO WREMENI, I |
|
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|
|
|
|
|
u(x 2) = |
X |
|
An cos 4 n + Bn sin 4 n |
|
sin nx = |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
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|
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|
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|
= |
X |
An sin nx = u(x 0) = 4 sin3 x: |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1
85
zADA^A 3.39.
A) nAJTI WSE k > 0, DLQ KOTORYH PRI NEKOTOROJ FUNKCII
'(x) 2 C1((0 |
)) |
SU]ESTWUET NEOGRANI^ENNOE RE[ENIE W |
[0 ] |
|||||||||
R+ ZADA^I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
utt = 9uxx |
u x=0 = (ux ; ku) x= = 0 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
u t=0 |
= 0 |
|
ut |
t=0 = '(x): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
) |
dLQ |
k = |
1 |
OPISATX WSE FUNKCII |
'(x) 2 C1((0 )), |
DLQ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
KOTORYH RE[ENIE u(t x ) \TOJ ZADA^I OGRANI^ENO. |
|
|
rE[ENIE. A) rAZDELQQ PEREMENNYE, POLU^AEM, ^TO RE[ENIE ZA- DA^I I]ETSQ W WIDE RQDA
1
u(t x ) = X Tj(t)Xj (x)
j=1
GDE SISTEMA FUNKCIJ Xj(x) 6 0 | RE[ENIE ZADA^I {TURMA{ lIUWILLQ
X00(x) = jXj(x) |
Xj(0) = 0 |
X0 ( ) |
; |
kXj( ) = 0 |
(17) |
|||
j |
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
A FUNKCII Tj(t) | RE[ENIQ ZADA^I |
|
|
|
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|
||
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|
|
|
|
|
|
|
|
Z0 |
|
|
|
Z0 |
|
|
T 00 = 9 jTj Tj(0) = 0 |
0(0) = |
|
'(x)Xj(x)dx |
. |
X2 |
(x)dx: |
||
j |
j |
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(18) |
rASTU]IE PO t RE[ENIQ U ZADA^I (18) MOGUT BYTX LI[X W SLU^AE j > 0, PRI^EM OBQZATELXNO ONI I BUDUT, ESLI TOLXKO Tj0(0) 6= 0. tAKIM OBRAZOM, NEOBHODIMO PONQTX, KOGDA U ZADA^I {TURMA{lIUWILLQ (17) BYWA@T NEOTRICATELXNYE SOBSTWENNYE ZNA^ENIQ j.
nENULEWOE RE[ENIE Xj(x) ZADA^I (17) S j = 0 S TO^NOSTX@ DO UMNOVENIQ NA KONSTANTU IMEET WID Xj(x) = x (KAK LINEJNAQ FUNKCIQ S NULEWYM ZNA^ENIEM W NULE) I SU]ESTWUET TOLXKO W SLU^AE, ESLI \TA FUNKCIQ UDOWLETWORQET GRANI^NOMU USLOWI@ W TO^KE , TO ESTX
1 ; k = 0 () |
k = 1= : |
86
w SLU^AE j = !2 > 0, ! > 0, WWIDU USLOWIQ Xj(0) = 0 \TO RE[ENIE IMEET WID Xj(x) = sh !x (OPQTX-TAKI S TO^NOSTX@ DO UMNOVENIQ NA KONSTANTU), I ONO SU]ESTWUET W SLU^AE, ESLI SLEDU@]EE URAWNENIE OTNOSITELXNO ! IMEET RE[ENIE
! ch ! ; k sh ! = 0 () k th ! = ! (19)
^TO, W SWO@ O^EREDX, BUDET, ESLI PROIZWODNAQ FUNKCII f(!) = k th ! W NULE MENX[E 1, TO ESTX k > 1. zAMETIM, ^TO W SI- LU STROGOJ WYPUKLOSTI WWERH FUNKCII f(!) NA POLOVITELXNOJ POLUOSI URAWNENIE (19) IMEET NE BOLEE ODNOGO RE[ENIQ ! > 0. sLEDOWATELXNO, NEOGRANI^ENNOE PO WREMENI RE[ENIE ISHOD-
NOJ ZADA^I SU]ESTWUET PRI k > 1= .
B). eSLI k = 1, TO, KAK UKAZANO WY[E, ZADA^A {TURMA{ lIUWILLQ (17) IMEET ROWNO ODNO POLOVITELXNOE SOBSTWENNOE ZNA^ENIE 1 > 0, I RE[ENIE u(t x ) BUDET OGRANI^ENO TOGDA I TOLXKO TOGDA, KOGDA SOOTWETSTWU@]AQ SOBSTWENNAQ FUNKCIQ X1(x) NE BUDET U^ASTWOWATX W RAZLOVENII \TOGO RE[ENIQ, TO ESTX T10(0) = 0. |TO OZNA^AET, ^TO
Z '(x)X1(x)dx = 0:
0
zADA^A 4.9.
pRI KAKIH USLOWIQH NA FUNKCI@ ' 2 C1;(0 1) L@BOE RE[ENIE
0
u(t x ) ZADA^I
: |
ut = uxx |
(0 1)> |
|
0 |
: |
ut = uxx |
|
|
(0 1)> 0 |
|||||||||||||
|
|
|
x2=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
A) 8 u x=0 |
= ux |
= 0 |
! |
B) 8 ux |
x=0 = ux 2x=1 |
= 0 |
||||||||||||||||
|
|
|
= '(x) |
|
|
|
|
! |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||
< |
u |
t=0 |
|
|
|
< |
u |
t=0 |
= '(x) |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
OBLADAET SWOJSTWOM u(t x ) |
|
|
0 PRI t |
|
|
+ |
|
|
|
? |
|
|
|
|
||||||||
rE[ENIE. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|||
A) nAJDEM RE[ENIE ZADA^I METODOM fURXE |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
2(n+ |
1 |
)2t |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
X |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
u(t x ) = |
'n e; |
|
|
|
|
|
sin |
|
n + 2 |
|
x |
|
|||||||
|
|
|
|
|
n=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
87
GDE 'n | KO\FFICIENTY RAZLOVENIQ FUNKCII '(x) PO BAZISU
|
sin |
; |
n + |
1 |
|
|
2 |
0 |
;;! |
|
|
|
|
|
x n |
= 0 1:: : sLEDOWATELXNO, u(t x ) |
|
0 PRI |
|||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
t |
|
|
L@BOJ FUNKCII '(x) |
C1(0 1): |
!1 |
|
|||||||
|
|
B) pRI GRANI^NYH USLOWIQH WTOROGO RODA RE[ENIE IMEET WID
u(t x ) = '0 + |
1 |
'n e; 2n2t cos( nx) |
|
X |
|
|
n=1 |
|
GDE 'n | KO\FFICIENTY fURXE RAZLOVENIQ FUNKCII '(x) PO BA-
ZISU 1 cos( nx) = 1 2:: |
: sLEDOWATELXNO, lim u(t x ) = '0 |
|
A KO\FFICIENT |
|
t!1 |
'0 = 0 PRI SLEDU@]EM USLOWII NA FUNKCI@ '(x) : |
||
|
Z1 |
'(x) dx = 0: |
|
0 |
|
s TO^KI ZRENIQ FIZIKI \TO USLOWIE OZNA^AET, ^TO PREDELXNAQ TEMPERATURA STERVNQ S TEPLOIZOLIROWANNYMI KONCAMI RAWNA SREDNEMU ZNA^ENI@ NA^ALXNOJ TEMPERATURY. tEMPERATURA STERVNQ STREMITSQ K NUL@ S TE^ENIEM WREMENI TOLXKO W TOM SLU^AE, ESLI SREDNEE ZNA^ENIE NA^ALXNOJ TEMPERATURY RAWNO NUL@.
zADA^A 4.21.
pUSTX u(t x ) | RE[ENIE W Q1 |
) |
ZADA^I |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
(0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ut = uxx |
u x=0 = ux x= = 0 |
u t=0 = '(x) |
||||||||||||
GDE |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'(0) = '0( ) = 0. |
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|||
A) dOKAZATX, ^TO |
|
sup |
u(1 |
|
) |
6 |
sup |
'(x) |
: |
|
|
|||
|
|
0<x< j |
|
|
|
|
0<x< j |
|
j |
|
|
|
||
B) wERNO LI, ^TO |
|
sup |
u(1 |
|
) |
j |
6 |
1 |
sup |
|
'(x) |
j |
? |
|
|
|
0<x< j |
|
|
|
|
2 |
0<x< j |
|
|
|
rE[ENIE. A). pRODOLVIM FUNKCI@ u(t x ) ^ETNYM OBRAZOM ^E-
REZ TO^KU NA MNOVESTWO x 2 |
( 2 ), TO ESTX POLOVIM u~(t x ) = |
u(t 2 ; x) PRI x 2 ( 2 ). pOSTROENNAQ FUNKCIQ u~(t x ) QWLQ- |
|
ETSQ RE[ENIEM KRAEWOJ ZADA^I |
|
u~t = u~xx |
x 2 (0 2 ) t > 0 |
u~jx=0 = u~jx=2 = 0 u~jt=0 = '~(x)
88
GDE FUNKCIQ '~(x) QWLQETSQ ANALOGI^NYM PRODOLVENIEM '(x) NA OTREZOK [0 2 ]. w SILU PRINCIPA MAKSIMUMA DLQ URAWNENIQ TEP- LOPROWODNOSTI W OGRANI^ENNOJ OBLASTI, RE[ENIE u~(t x ) PRINI- MAET MAKSIMALXNOE PO MODUL@ ZNA^ENIE PRI t = 0 (TAK KAK u~ RAWNO 0 NA BOKOWOJ GRANICE x = 0 I x = 2 ). iTAK,
sup |
u(1 |
) |
j |
= |
sup |
u~(1 ) |
j |
6 |
sup |
'~(x) |
j |
= |
sup |
'(x) |
: |
0<x< j |
|
|
|
0<x<2 j |
|
|
0<x<2 j |
|
|
0<x< j |
j |
|
B). nEWERNO. pRIMER: '(x) = sin(x=2) SOOTWETSTWU@]EE RE- [ENIE u(t x ) = e;t=4 sin(x=2), TOGDA
|
sup |
u(1 |
) |
= e;1=4 |
|
sup |
'(x) |
j |
= 1 |
||
|
0<x< j |
|
j |
|
|
|
0<x< j |
|
|
|
|
e;1=4 > 1=2, TAK KAK e < 24. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
zADA^A 4.33. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pUSTX u(x t ) | RE[ENIE W R R+ ZADA^I kO[I |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
x2 + sin x |
|
|
|
|
|
ut = 4uxx |
u |
t=0 = 1 + 2x2 |
: |
|
||||||
nAJTI |
lim u(x t ): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t!+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zADA^A 4.34. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pUSTX u(x t ) | RE[ENIE W R R+ ZADA^I kO[I |
|
||||||||||
|
|
ut = uxx |
u |
t=0 |
= arcctg x: |
|
|
|
|||
nAJTI |
lim u(x t ): |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
t!+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zADA^A 4.35.
pUSTX u(x t ) | OGRANI^ENNOE RE[ENIE W R R+ ZADA^I kO[I
|
ut = uxx |
u t=0 = '(x) 2 C(R) \ L1(R): |
||||
|
|
|
|
1 |
l |
|
nAJTI |
lim u(0 ), |
lim |
'(x) dx = A: |
|||
ESLI |
|
|||||
|
t!+1 |
|
l!+1 l |
Z;l |
89
rE[ENIE ZADA^ 4.33{4.35 OSNOWANO NA TEOREMAH O STABILI- ZACII:
pUSTX u(x t ) | OGRANI^ENNOE RE[ENIE ZADA^I kO[I:
|
|
|
ut = uxx |
W |
R |
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
||
|
|
( u t=0 = '(x) |
|
|
x |
2 |
R |
|
|
'(x) 2 C(R) \ L1(R): tOGDA |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
1. eSLI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
'(x) = A |
lim |
'(x) = B |
(20) |
|||
|
|
x!+1 |
x!;1 |
|
|
|
|
||
TO |
lim |
u(x t ) = |
A + B : |
|
|
|
|
|
|
|
t!+1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2. eSLI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim 1 l |
'(x)dx = A |
|
|
(21) |
||
|
|
|
l!+1 l ;Zl |
|
|
|
|
|
|
TO |
lim |
u(x t ) = |
A: |
|
|
|
|
|
|
|
t!+1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
u(x t ) = '0 |
3. eSLI |
'(x) | PERIODI^ESKAQ FUNKCIQ, TO lim |
' | t!+1 '(x)
GDE 0 NULEWOJ KO\FFICIENT RAZLOVENIQ FUNKCII W RQD fURXE, TO ESTX PROSTRANSTWENNOE SREDNEE FUNKCII '(x).
dOKAZATELXSTWA.
1. pREDSTAWIM ' W WIDE SUMMY SWOEJ ^ETNOJ I NE^ETNOJ SO-
STAWLQ@]IH '+ = |
'(x) + '(;x) |
|
= |
'(x) ; |
'(;x) |
: w SILU |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
; |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
FORMULY pUASSONA POLU^IM, |
^TO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
u(x t ) = |
|
|
1 |
|
1 '+( ) exp |
; |
( ; x)2 |
|
d + |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2p t Z |
|
|
4t |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
;1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
+ |
1 1 |
' |
|
|
( ) exp |
; |
( ; x)2 |
|
d = |
|
= |
; |
x |
|
= |
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
2p t Z |
; |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
4t |
|
|
|
|
|
2pt |
|
||||||||||||
|
;1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|