Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект лекций по УМФ 2010-2011(word 2007).docx
Скачиваний:
79
Добавлен:
23.09.2019
Размер:
2.21 Mб
Скачать

16.Единственность и устойчивость решения задачи Коши для волнового уравнения.

Всегда можно считать, что , т.к. замена

Для большей наглядности будем рассматривать случай 2-х переменных:

(1)

Справедлива следующая теорема:

Теорема. Задача Коши для волнового уравнения имеет не более одного решения.

Док-во. Допустим противное. Пусть различные решения (1).Обозначим их разность через . Тогда решение задачи:

(2)

Очевидно, что задача (2) имеет нулевое решение. Нам нужно показать, что других решений эта задача не имеет. В пр-ве возьмем т. и через нее как через вершину проведем конус

Проведем еще плоскость , получим вторую окружность. Конус наз. световым, или характеристическим конусом.

Воспользуемся тождеством:

Проинтегрируем это тождество по объему усеченного конуса . Тогда

Если функция решение задачи (2), то в левой части последнего равенства подынтегральное выражение равно нулю, сумма интегралов, стоящих в правой части обращается в нуль.

, где вектор нормали. Тогда

Но на нижнем основании согласно нач. условиям (2):

и

Рассмотрим поверхность :

(3)

На боковой поверхности направляющие косинусы вектора нормали удовлетворяют соотношению:

Образующие усеченного конуса наклонены к плоскости основания под углом 45 .

(4)

С учетом равенства (4) преобразуем выражение стоящее под знаком интеграла по боковой поверхности:

Но

Покажем, что решение задачи Коши устойчиво, т.е.

<

<

то , где

Обозначим через . Тогда решение задачи:

(5)

Решение задачи (5) определяется ф-лой Кирхгофа, т.е.

где среднее значение разности на сфере радиуса at с центром в т.

,

Устойчивость задачи Коши доказана. Ч.т.д.

17.Элементарное (фундаментальное) решение уравнения теплопроводности.

Рассмотрим сначала одномерное уравнение теплопроводности . Найти общее решение этого уравнения мы не можем. Это уравнение имеет бесконечное множество частных решений. Среди всех решений свёртка этого решения с единицей должна давать единицу, т.е. .

Воспользуемся преобразованием Фурье, и будем искать решение .

Найдём его: .

И – фундаментальное решение уравнения теплопроводности.

Заметим, что чаще используется не это решение, а функция , которая называется функцией Грина (функцией источника).

Определим теперь фундаментальное решение уравнение теплопроводности в случае произвольного числа пространственных решение, т.е. , .

Рассмотрим уравнение . Покажем, что функция является фундаментальным решением этого уравнения и покажем, что

– фундаментальное решение для двух пространственных переменных.

.

18.Задача Коши для уравнения теплопроводности.

Пусть имеем задачу (1)

Решение задачи (1) есть сумма решения двух задач:

(2) (3)

Решение задачи (2) есть свёртка начального условия и соответствующей функции источника (функции Грина).

формула Пуассона.

Покажем, что удовлетворяет уравнению задачи (2) и для него выполняется начальное условие этой задачи.

Начальное условие выполняется формула Пуассона остаётся верной.

Для решения задачи (3) воспользуемся принципом Дюамеля, согласно которому, если – решение вспомогательной задачи (4) . То решение задачи (3) определяется формулой (5).

; .

Если подставить решение задачи (3) получим:

. Функция удовлетворяет решению уравнения (3). И решение (3) .

Для нахождения функции во вспомогательной задаче сделаем замену .

(6). Решение задачи Коши можно определить с помощью формулы:

.