sr004
.pdf.
.
.
“ ” .
.
, U V –
, a U + b V a b
.
.
.
.
. ,
, , .
.
,
, . ,
,
.
, ,
. ,
.
.
, .
,
( ),
( )
u= u(x;y;z; t ,
t – , ,
, .
« u »
x, y, z, t .
.
,
,
.
.
.
1. |
∂2 u |
= a |
2 ∂ 2 u |
|
||||
|
|
|
|
|
. |
(1) |
||
∂ t |
2 |
|
∂ x |
2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
-
, ,
, , , .
2. : |
∂2 u |
= a 2 |
∂2 u |
|
|
|
∂ x 2 . |
(2) |
|||
∂ t |
,
.
3. : |
∂ 2 u |
+ |
∂2 u |
= 0 . |
(3) |
2 |
2 |
||||
|
∂ x |
|
∂ y |
|
, , .
1. ( ).
. [0;l] .
,
, .
.
-
, -
, , : u = u(x; t .
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|||
MM1 . |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
M1 |
|
ϕ + |
ϕ |
|||
. |
|
|
M |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
O |
|
ϕ |
|
|
|
|
|
||||
ϕ ϕ + |
ϕ . |
|
|
|
|
|
|
||||
|
x |
x + x |
|
l |
X |
||||||
Ou , |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
MM1 |
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|||
T sin(ϕ + |
ϕ − T sin ϕ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ϕ Dx O( x2 + ϕ 2 |
: |
T sin(j + Dj -)T sin j = T ×tg j + Dj( -T ×tgj =) T çæ |
¶u(x + Dx;t |
||||||
|
|||||||
|
¶2u(x +q Dx;t |
|
¶2 u(x;t |
|
è |
|
¶x |
= T |
Dx = T |
Dx , 0 |
< θ < 1 . |
|
|||
¶x |
¶x |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
- |
¶u(x;t |
ö |
= |
|
|
÷ |
|||
¶x |
||||
|
ø |
|
, , -
, . ρ −
, – ρ x , : ρ x |
∂ 2u |
= T |
|
∂2u |
|
x . |
|
|
||||||||
∂ t |
2 |
∂ x |
2 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
T |
= a |
2 |
|
|
|
|
∂2 u |
|
= a |
2 ∂2 u |
|||||
|
|
, : |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||||
ρ |
|
|
|
∂ t |
2 |
|
|
∂ x |
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
. |
||||||||||||||||
u(x; t |
|
( )
( t = 0 ).
.
,
|
u(0;t )= 0, u l; t (= 0 – . |
(4) |
|
t = 0 |
|
, , . |
|
|
f (x) , u(x;0 )= u |t =0 = f x . |
(5) |
,
, ϕ(x ). ,
: |
∂ u |
|t =0 = ϕ (x ). |
(5′ |
|
∂ t |
||||
|
(5) (5′ .
.
.
2. .
(1)
(5,5′ .
,
.
|
|
|
||||||||||||||
|
Ψ1 (ξ ) Ψ2 η (. |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
u(x;t |
)= Ψ1 x −( at + Ψ2) |
x + at |
|
|
|
(6) |
|
|||||
|
|
|
(1), |
|
|
|||||||||||
(6) (1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Ψ1 (ξ ) Ψ2 η (, - |
||||||||||||||
, (6) (5,5′ . |
|
|||||||||||||||
|
t = 0 |
: |
Ψ |
(x )+ Ψ x (=)f x , ( −)aΨ ′ |
x + aΨ( |
′ )x = ϕ x |
. |
( ) |
(7) |
( ) |
||||||
|
|
1 |
2 |
|
|
1 |
2 |
|
|
|
||||||
(7): |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y1 (x )- Y2 x( =)- |
xòj (x )dx + C, |
|
C = Ψ2 (x0 |
)− Ψ1 x0( . |
|
|
(8) |
|
||||||
|
|
a |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(x )= |
1 |
é |
|
1 |
|
x |
ù |
|||
|
Y |
ê f (x )- |
|
|
j (x )dx + Cú, |
|||||||
(7) (8) : |
|
|
a xò |
|||||||||
1 |
2 |
ê |
|
ú |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ë |
|
|
|
|
0 |
û |
|
|
|
1 |
|
é |
1 |
|
x |
|
ù |
||
|
Y |
(x )= |
|
ê f (x )+ |
|
|
j (x )dx - Cú. |
|||||
|
|
a xò |
||||||||||
|
2 |
2 |
|
ê |
|
ú |
||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
ë |
|
|
|
0 |
|
û |
(9)
(10)
(9) t, (10) t (6),
|
f (x - at +) f x +( at |
|
1 |
x+at |
: Y2 (x )= |
|
+ |
|
òj (x )dx . |
2 |
2a |
|||
|
|
|
|
x−at |
.
: |
∂2 u |
= a |
2 |
∂2 u |
(1) |
|||
∂ t |
2 |
|
∂ x |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
(4) (5), (5′ . |
|
|
|
|
||||
|
(1), |
|||||||
(4) : u(x; t )= X x(×T) t |
. (11) |
(11) (1):
X(x )× T¢¢ t( =) a 2 X¢¢ x ×(T t) . |
(t ) |
|
X |
(12) |
|||
|
T |
|
(x ) |
||||
(12) a 2 X(x )×T t( : |
|
′′ |
= |
|
′′ |
||
|
|
|
. (13) |
||||
a 2 T(t ) |
X(x ) |
(13) t, – .
,
|
|
T |
′′ |
(t ) |
|
X (x ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
. |
|
|
|
|
|
= |
|
′′ |
|
|
|
= − , > 0 , ( < 0 ). |
|||||||||||||||||||||||
|
a 2 T(t ) |
X(x ) |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
: |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
¢¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¢¢ |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( =)0, |
|
T |
t + a( )×T t |
= 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(14) |
|||||||||||||
X (x )+ × X x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
(7) : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
X(x )= Acos |
|
x + Bsin |
|
|
x, |
|
T(t )= Ccos |
|
t + Dsin |
|
t , |
(15) |
|||||||||||||||||||||||
l |
l |
l |
l |
||||||||||||||||||||||||||||||||
A, B, C, D – . (15) (11), |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
: |
u(x; t = (Acos |
|
|
x + Bsin |
|
|
x (Ccos(a |
|
t + Dsin (a |
|
t ) |
(16) |
|||||||||||||||||||||||
l |
l |
l |
l |
||||||||||||||||||||||||||||||||
, |
(4). (4) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
, |
X(0 )= 0, X l |
= 0 , A ×1 + B ×0 = 0, Acos |
|
l + Bsin |
|
l = 0 . |
|||||||||||||||||||||||||||||
l |
l |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
A = 0, |
|
|
|
B ¹ 0, |
sin |
|
|
l = 0, |
|
|
|
= n l , n =1,2,..... |
(17) |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
l |
l |
(17) ,
X(x )= Bsin (np l x – .
(14) < 0 , :
X(x )= Ae -λ x + Be− -λ x ,
(4). ,
n c (16), (17) (11): u(x; t = sin (npl x(Cn cos(anpl t + D n sin (anpl t ), n =1,2,....
(1) ,
∞ |
|
: u(x; t )= å(Cn cos(anp l t )+ Dn sin (anp l t )×sin (np l x). |
(18) |
n=1
(18) (5,5/) :
|
|
|
∞ |
|
|
∞ |
|
x). |
||
|
|
|
f (x )= åCn sin (np l x), |
j(x )= åDn (anp l sin) (np l |
||||||
|
|
|
n=1 |
|
|
n=1 |
|
|||
Cn Dn : |
|
|||||||||
|
|
2 |
∞ l |
|
|
2 |
|
∞ l |
|
|
C n |
= |
åòf (x )sin (np l x), |
Dn |
= |
|
åòj(x )sin (np l x). |
(19) |
|||
l |
anp |
|||||||||
|
|
n=1 0 |
|
|
n=1 0 |
|
, (1,4,5,5/) (18,19).
2. .
,
, ,
– .
,
. ,
. ,
, .
, : L,
, R G.
i(x;t −
U (x;t ) − x
t . |
|
x x + |
x . |
o( x) R x |
L |
x . |
|
|
|
|
∂)i(x; t |
|
|
|
|
|||||||||||
U (x; t |
)− U x (+ |
x; t = R) xi x; t |
+ L( x |
|
(20) |
|
|||||||||||||||
, o( x) |
|
|
|
∂t |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂U (x; t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U (x + |
|
x;t − U) |
x;t (= |
) |
|
x |
|
|
|
(21) |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(20) (21), : |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
∂U |
+ L |
∂i |
|
+ Ri(x;t )= 0 |
|
|
|
|
|
|
(22) |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
∂x |
|
|
∂t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
[x; x + |
x |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
i(x; t )− i x(+ |
x;t = −)∂i(x;t |
x |
|
|
|
|
|
(23) |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂x |
|
|
|
|
G xU (x; t ) |
|||||
, |
|||||||||||||||||||||
, |
|
x |
∂U (x; t |
|
|||||||||||||||||
∂t |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂)U (x; t |
|
|
|
|
|||||||
i(x; t )− i x(+ |
x; t = G) xU x; t |
+ ( x |
. |
(24) |
|
||||||||||||||||
(23) (24), : |
|
|
|
|
∂t |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
∂i |
+ |
|
∂U |
+ GU = 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
(25) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
∂x |
|
∂t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(22) (25) .
(22) x , (25) –
t , |
∂2i |
|||||||||
|
, |
|||||||||
∂x∂t |
||||||||||
U (x; t ) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
∂U |
|
∂U |
|
∂U |
|
|
|||
|
|
|
= LC |
|
|
+ (RC + GL |
) |
+ GRU . |
||
|
∂x |
2 |
∂t |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
∂t |
|
|
|||
: |
||||||||||
|
∂i |
= LC |
∂i |
+ (RC + GL |
∂i)+ GRi |
|
|
|||
|
∂x2 |
∂t 2 |
|
|
||||||
|
|
|
∂t |
|
|
, :
|
|
|
|
∂w |
|
= a |
|
∂w |
|
+ 2b |
∂w |
+ c |
|
w |
, |
|
|
|
|
(26) |
||||||
|
|
|
|
∂x2 |
|
∂t 2 |
|
∂t |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
a |
0 |
= LC, |
b = |
RC + GL |
, |
c = GR |
. |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(R = 0 |
||
|
||||||||||||||||||||||||||
(G = 0 , |
b = 0 |
|||||||||||||||||||||||||
(19) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
∂w |
= a |
2 ∂2 w |
, a = |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LC . |
(27) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
∂t |
2 |
|
∂x |
2 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
, ,
,
2.
3..
,
.
D ,
Γ .
T .
, T ,
.
. u
M (x; y; u
u = u(x; y; t . t = t0 u = u(x; y; t0
.
(S ′ t ,
(S x
|
y . (S ′ |
|
||||||||||
o( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 + |
y2 |
x |
y . |
|
|
|||||||
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
γ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
S ′ |
|
|
||
|
|
|
|
r |
M |
|
|
|||||
|
O |
|
|
|
|
|
Γ1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|
D |
(x; y |
Γ |
|
|||||
|
X |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
, , |
|
||||||||||
u = u(x; y; t . |
|
|
|
OU , |
||||||||
|
|
|||||||||||
|
. |
|
|
|
, Γ1
(S ′ . M
n = i cos α + j cos β + k cos γ ,
Γ1 : r = i cosα1 + j cosβ1 + k cosγ1 .
M [r ; n ,
, dS ′ Γ1
OU
T (cos α1 cos β − cos α cos β1 )dS′ .
,
Γ1 , : |
|
||
T ò(cos α1 cos β − cos α cos β1 )dS′ = T òcos β d x1 − cos α dy1 , |
(28) |
||
Γ1 |
|
Γ1 |
|
|
cos α1dS ′ = d x1 |
cos β1dS′ = d y1 . |
|
u = u(x; y; t |
( |
n |
OU − ) |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− u′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos α = |
|
|
|
− ux |
|
|
|
|
, |
cos β = |
|
|
|
y |
|
|
|
|
, |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
(ux |
) + (u y |
) |
1 + (ux |
) + |
(uy |
) |
|
|
||||||||||||||||
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
′ |
2 |
′ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
2 |
′ 2 |
|
|
|
|
||
|
cos γ = |
|
|
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|
1 |
|
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|
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|
||
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|
′ |
2 |
′ |
2 . |
|
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|
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|||||||
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|
|
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|
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|
|||||||
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|
1 + (ux |
) + (uy |
) |
|
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|
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|
|
|
|
|
||||||
o( |
|
|
|
|
|
) |
||||||||||||||||||||
|
|
|
x2 + |
y 2 |
||||||||||||||||||||||
: |
|
′ |
|
|
|
|
|
′ |
|
cos γ = 1, |
|
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||||||||
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||||||
|
cos α = −ux , |
cos β = −u y , |
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|||||||||||||||
(28) : |
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|
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||||||||||||
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|
′ |
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|
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|
′ |
|
|
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(29) |
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|
|
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|
|
− T òu y d x1 − ux dy1 . |
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|
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|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Γ1 |
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx1 = dx |
dy1 = dy , |
|
|
|
dx, dy − |
||||||||||||||||||||
|
(S |
|
|
|
σ . |
|
|
, |
||||||||||||||||||
|
(29) |
σ , |
||||||||||||||||||||||||
, |
, |
|||||||||||||||||||||||||
ax = u′y , ay = −u′x . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
′ |
′ |
|
|
|
|
|
′ |
|
′ |
|
|
′′ |
′′ |
|
dS . |
|
|
||||||||
|
− T òu y d x1 − ux dy1 |
= −T òu y d x − ux dy = T ò(ux |
+ u y |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
Γ1 |
|
|
|
|
|
σ |
|
|
|
|
|
σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
( , ), |
OU ,
ρ g(x; y; t .
−ò ρ g(x; y; t dS .
S
, ρ −
(S ′
|
′′ |
|
|
|
|
|
ρ ò utt (x; y; t dS , |
|
|
||
|
S |
|
|
|
|
t ³ 0 |
|
|
|||
|
′′ |
′′ |
′′ |
= 0 . |
(30) |
|
ò [ρutt |
− T (uxx |
+uyy + ρ g dS |
||
|
S |
|
|
|
|
(S − , |
|||||
(30) . |
|
|
|||
′′ |
′′ |
′′ |
|
|
|
ρutt |
− T (uxx +u yy )+ ρ g(x; y; t = 0 , |
|
|
′′ |
− a |
2 |
′′ |
′′ |
= −g(x; y; t , |
a = |
T |
. |
(31) |
|
|
||||||||
utt |
|
(uxx |
+uyy |
|
ρ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(31) .
.
g(x; y; t ≡ 0 ,
.
′′ |
2 |
′′ |
′′ |
|
(32) |
utt = a |
|
(uxx |
+uyy . |
||
(31) |
|||||
. |
|
|
|
|
|
. |
|||||
|
D |
||||
, |
Γ − . |
||||
: |
|
|
|
|
|
u |t =0 = f (x; y ,) |
u′ |t =0 = F x; y , |
(33) |
|||
D |
f (x; y ,)F x;( y |
(x; y .
,
u |Γ = 0 , |
(34) |
u |Γ u Γ .
.
.
D r0
( . 3).
Y
r ϕ
D O X
3.