Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

sr004

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
25.02.2016
Размер:
183.63 Кб
Скачать

.

.

.

“ ” .

.

, 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

 

 

 

 

xat

.

:

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

 

,

xt

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 =

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + (ux

) + (uy

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o(

 

 

 

 

 

)

 

 

 

x2 +

y 2

:

 

 

 

 

 

 

 

cos γ = 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos α = −ux ,

cos β = −u y ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(28) :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(29)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T òu y d x1 ux dy1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx1 = dx

dy1 = dy ,

 

 

 

dx, dy

 

(S

 

 

 

σ .

 

 

,

 

(29)

σ ,

,

,

ax = uy , ay = −ux .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

′′

 

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.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]