Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634699)
Контекстум
.

Классификация и приведение к каноническому виду уравнений с частными производными второго порядка (110,00 руб.)

0   0
АвторыКуликов Александр Александрович
ИздательствоИздательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета
Страниц34
ID238623
АннотацияВ настоящем пособии рассматривается одна из наиболее сложных тем курса уравнений математической физики – классификация и приведение к каноническому виду квазилинейных уравнений с частными производными второго порядка. Изложение материала в пособии опирается на результаты, содержащиеся в курсах математического анализа, линейной алгебры, обыкновенных дифференциальных уравнений и теории функций одной и многих комплексных переменных. В отличие от ряда общедоступных учебников по уравнениям математической физики значительное внимание в пособии уделено понятиям вещественного, а также комплексного общего интеграла обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка, используемых соответственно для приведения к каноническому виду уравнений гиперболического и эллиптического типов. Оно содержит ряд упражнений и задач, решение которых позволит успешно освоить рассматриваемую тему.
Кому рекомендованоРекомендуется для студентов 3-го курса факультета прикладной математики, информатики и механики всех форм обучения.
Классификация и приведение к каноническому виду уравнений с частными производными второго порядка / А.А. Куликов .— Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2012 .— 34 с. — 34 с. — URL: https://rucont.ru/efd/238623 (дата обращения: 24.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИВЕДЕНИЕ К КАНОНИЧЕСКОМУ ВИДУ УРАВНЕНИЙ С ЧАСТНЫМИ ПРОИЗВОДНЫМИ ВТОРОГО ПОРЯДКА Учебно-методическое пособие для вузов Составитель А. А. <...> Куликов Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2012 Утверждено научно-методическим советом факультета прикладной математики, информатики и механики 30 апреля 2012 г., протокол № 9 Рецензент д-р физ.-мат. наук, проф. <...> М. А. Артемов Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре математического и прикладного анализа факультета прикладной математики, информатики и механики Воронежского государственного университета. <...> Рекомендуется для студентов 3-го курса факультета прикладной математики, информатики и механики всех форм обучения. <...> Для специальностей: 010501 – Прикладная математика и информатика, 010901 – Механика 2 Предисловие В настоящем пособии рассматривается одна из наиболее сложных тем курса уравнений математической физики – классификация и приведение к каноническому виду квазилинейных уравнений с частными производными второго порядка. <...> Изложение материала в пособии опирается на результаты, содержащиеся в курсах математического анализа, линейной алгебры, обыкновенных дифференциальных уравнений и теории функций одной и многих комплексных переменных. <...> В отличие от ряда общедоступных учебников по уравнениям математической физики значительное внимание в пособии уделено понятиям вещественного, а также комплексного общего интеграла обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка, используемых соответственно для приведения к каноническому виду уравнений гиперболического и эллиптического типов. <...> Пособие предназначено для студентов 3-го курса факультета прикладной математики, информатики и механики <...>
Классификация_и_приведение_к_каноническому_виду_уравнений_с_частными_производными_второго_порядка_.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИВЕДЕНИЕ К КАНОНИЧЕСКОМУ ВИДУ УРАВНЕНИЙ С ЧАСТНЫМИ ПРОИЗВОДНЫМИ ВТОРОГО ПОРЯДКА Учебно-методическое пособие для вузов Составитель А. А. Куликов Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2012
Стр.1
Предисловие В настоящем пособии рассматривается одна из наиболее сложных тем курса уравнений математической физики – классификация и приведение к каноническому виду квазилинейных уравнений с частными производными второго порядка. Изложение материала в пособии опирается на результаты, содержащиеся в курсах математического анализа, линейной алгебры, обыкновенных дифференциальных уравнений и теории функций одной и многих комплексных переменных. В отличие от ряда общедоступных учебников по уравнениям математической физики значительное внимание в пособии уделено понятиям вещественного, а также комплексного общего интеграла обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка, используемых соответственно для приведения к каноническому виду уравнений гиперболического и эллиптического типов. Пособие предназначено для студентов 3-го курса факультета прикладной математики, информатики и механики. Оно содержит ряд упражнений и задач, решение которых позволит успешно освоить рассматриваемую тему. § 1. Дифференциальные уравнения с двумя независимыми переменными Рассмотрим квазилинейное уравнение с частными производными второго порядка с двумя независимыми переменными x , y : a11 ∂ +∂ u 2 x 11 2 2a x y au 12 ∂ ∂ + ∂ +∂ ∂ 2 22 , 12 , 2 2 y x , u y B x, y, u, u u ⎛ ⎜ ⎜ ⎝ 22 ∂ ∂ ∂ ∂ называются коэффициентами уравнения (1.1). Мы будем предполагать, что: 1) коэффициенты 11 ращаются в нуль ни в одной точке этой области; 2) функция B определена при непрерывно дифференцируема в Ω. Зафиксируем произвольную точку такая, что 11 для всех общности можно считать, что существует окрестность Ω ⊂ Ω0 a ( x, y ) ≠ 0 3 M ( x , y )0 ∈ Ω. Без ограничения точки M , 0 = 0 0 ( x, y )∈Ω 0 . Действительно, если но дифференцируемы в некоторой области Ω⊂ R и одновременно не об( x, y )∈ Ω; 3) функция u принимает вещественные значения и дважды 2 ⎞ ⎟ ⎠ ⎟ = 0, (1.1) где a11 = a ( x, y ) a12 = a ( x, y ) a22 = a ( x,y ) и B – заданные вещественные функции, u = u( x, y ) – неизвестная функция. Функции 11a , 12 12 a , a 22 a , a , a 22 непрерыв
Стр.3
= v uyy = v ние где A a11 11 = A a11 12 = A a11 22 = x + 2a12 2 x x + ⋅ ( a12 2 x y x + 2a12 x y + a , (1.11) )+ a22 22 + B ~ – функция, зависящая в общем случае от y x x y + a , (1.13) , v , v , v и от частных 22 , производных до второго порядка включительно функций и ние (1.10) также будет линейным. Упражнение 2. Непосредственной проверкой убедиться, что 2 A A A = a12 − 11 22 2 11 22 Выберем функции ты 11A и 22 = a11 a11 11 0 x + 2a12 2 2 ( x, y ) и = A обращались в нуль в области 0 x + 2a12 рассматривать уравнение (1.15). Так как сать в виде ( где 6 x + 1 y ) ( x + 2 y =) 0 ( x, y ) V∈ , (1.17) , 0 x y + a22 x y + a22 12 − ()⎜ 2 D( x,y ) a a D( ξ ,η) ⎛ ⎜ ⎝ ны удовлетворять дифференциальным уравнениям 0 y = 2 2 ⎞ ⎟ ⎠ ⎟ . (1.14) ( x, y ) так, чтобы коэффициенV . Тогда функции и y = . (1.16) , (1.15) 0 Уравнения (1.15) и (1.16) идентичны, поэтому в дальнейшем будем a ( x, y ) ≠ при ( x, y ) V∈ , то уравнение (1.15) можно запи0 должпо переменным x и y . Упражнение 1. Показать, что если уравнение (1.1) линейно, то уравне2 y 2 y y y , (1.12) x y + ⋅ ( v v y + 2v 2 x y xy + v + xy y y + v y x )+ v y + v 2 x y + + , (1.8) yy yy + v . (1.9) Подставив выражения (1.3) – (1.9) в уравнение (1.1), получим уравне~ A v 11 + 2A v A v B+ = 0, (1.10) 12 + 22 ηη ξη ξη ξξ ξξ ξη ξ ξ ξ ξξ ξξ η η ξη ξη ξ η ηη η ηη ξξ ξ ξη ξη η η ξ ϕ ξ ψ ξ ξξ η ξ λ ξ ξ ηη λ ξ η ξ ξη ηη ξη η ξ η η ξ ξ ξ η η ηη ξ ξ η η
Стр.6
1 = 1( , ) = 12 x y a ( x, y ) 11 2 = 2 ( , ) = 12 d( x, y ) a ( x, y ) a ( x, y )a ( x, y ) . = 12 2 − 11 22 ния обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка [3, § 1]. Пусть вокупность всех непрерывных в области G функций, а через k = 1, , …2 рывные частные производные до порядка k включительно. Пусть ( x, y ) – функция класса ется, что функции Будем говорить, что соотношение C (G ) 1 y C (G ) k Задание 2. Повторить теорему существования и единственности реше2 – совокупность всех функций, имеющих в этой области непреC(G ), для которой существует производная g ( x, y ) C(G ). Предполагаи g принимают вещественные значения. и g( x, y ) – функция класса ∈ ( x, y ) = const является общим интегралом (вещественным общим интегралом) обыкновенного дифференциального уравнения d x g( x, y ) d y = в области G, если для любой фиксированной точки постоянная вию x − 0 , такая, что: 1) для любого x , удовлетворяющего усло, существует единственное решение y f ( x,C )* уравнеG R⊂ – некоторая область. Через C(G ) будем обозначать со, где + x y a ( x, y ) 11 d( x, y ) a ( x, y ) − d( x, y ) a ( x, y ) , , λ λ λ μ δ μ μ μ μ δ δ δ μ μ μ μ δ λ μ
Стр.7
уравнения (1.18) в области G, чем и объясняется, что оно носит название «общий интеграл уравнения (1.18) в области G». Заметим, что если 0 y ( x, y ) ≠ 0 в области G, то, в силу теоремы о неявной функции, условие 1) в определении общего интеграла будет выполнено. функция Т е о р е м а. Пусть d( x, y )≥ 0 при ( x, y ) V∈ . Тогда для того, чтобы = димо и достаточно, чтобы соотношение d x d y = 1 тегралом одного из обыкновенных дифференциальных уравнений ( x, y ) или d x d y в области 0V . Д о к а з а т е л ь с т в о Н е о б х о д и м о с т ь. Предварительно отметим, что в силу условия d( x, y )≥ 0 функции 1( x, y ) и ния. Пусть функция = ( x, y ) является в области 0V решением уравнения (1.15), или, что то же самое, уравнения (1.17), то есть ( x + 1 1 1 y ) ( якобиан нений или x + 2 y = 0 ( x, y ) V∈ . (1.23) , 0 D( x, y ) D( ,ψ) x + 2 1 Если предположить, что в некоторой точке y ( x , y ) = 0 , то из (1.21) будет следовать, что 1 обращается в нуль в точке ( x , y )1 определению области 0V . Поэтому В силу (1.21) функция y =) 0 , ( x, y ) V∈ . (1.21) ( x , y ) V∈ 0 0 1 1 1 x ( x , y ) = 0. Но тогда , что противоречит y ( x, y ) ≠ 0 для всех ( x, y ) V∈ . 0 ( x, y ) должна удовлетворять одному из уравx + 1 y = 0 ( x, y ) V∈ 0 , (1.22) 2 ( x, y ) принимают вещественные значе= 2 ( x, y ) (1.20) (1.19) ( x, y ) была решением уравнения (1.15) в области 0V , необхо( x, y ) = const было общим ин8 ϕ μ λ λ ξ ϕ λ λ λ ξ ϕ ϕ ϕ λ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ λ ϕ λ ϕ ϕ ϕ
Стр.8