Общий интеграл уравнения в частных производных

Примеры по дифференциальным уравнениям в частных производных
Содержание
  1. Немного теории
  2. Приведение к каноническому виду
  3. Решение ДУ в ЧП
  4. Разные задачи на исследование ДУ в ЧП
  5. Помощь с решением ДУ в ЧП
  6. Дифференциальные уравнения в частных производных с примерами решения и образцами выполнения
  7. Линейные дифференциальные уравнения с частными производными. Свойства их решений
  8. Классификация линейных дифференциальных уравнений второго порядка с двумя независимыми переменными
  9. Постановка основных задач для линейных дифференциальных уравнений второго порядка
  10. Линейные дифференциальные уравнения в частных производных первого порядка
  11. Линейные однородные уравнения в частных производных первого порядка
  12. Линейные неоднородные уравнения в частных производных первого порядка
  13. Примеры решений линейных уравнений в частных производных первого порядка
  14. Однородное уравнение
  15. Неоднородное уравнение
  16. 💡 Видео

Видео:Найти общее решение уравнения в частных производных первого порядка.Скачать

Найти общее решение уравнения в частных производных первого порядка.

Немного теории

Дифференциальным уравнением с частными производными (ДУ с ЧП) называется уравнение относительно неизвестной функции нескольких переменных (ФНП) и ее частных производных. Наивысший порядок частных производных (существенно входящих в уравнение) называется порядком этого уравнения.

ДУ с ЧП называется линейным (ЛДУ с ЧП), если неизвестная функция и ее производные входят в это ДУ линейно (в первой степени).

В этом разделе вы найдете подробно решенные задачи по темам: классификация и приведение к каноническому виду ДУ с ЧП второго порядка с двумя переменными, определение типа уравнения, решение уравнений и систем ДУ в ЧП.

ДУ с ЧП находят широкое применение в прикладных науках: квантовая механика, электродинамика, термодинамика, теория теплои массопереноса и др. при математическом описании и моделировании различных физических процессов. Поэтому такие уравнения изучаются под общим названием уравнений математической физики (примеры решений 16 задач).

Видео:Простейшие уравнения в частных производныхСкачать

Простейшие уравнения в частных производных

Приведение к каноническому виду

Задача 1. Привести к каноническому виду уравнение

Задача 2. Привести уравнение к каноническому виду.

Задача 3. Найти общее решение уравнения, приведя его к каноническому виду:

Видео:Уравнения в частных производных первого порядка| poporyadku.schoolСкачать

Уравнения в частных производных первого порядка| poporyadku.school

Решение ДУ в ЧП

Задача 4. Решить уравнение Пфаффа

$$ z^2 dx +zdy +(3zx +2y)dz=0. $$

Задача 5. Решить задачу Коши для уравнения в частных производных

$$ u_-2Delta u =(x^2+y^2+z^2)t; quad u(t=0)=xyz, u_t(t=0)=x-y. $$

Задача 6. Найти общее решение уравнения в частных производных

Задача 7. Найти общее решение уравнения в частных производных первого порядка.

$$ xy u_x +(x-2u)u_y = yu. $$

Задача 8. Найти решение задачи Коши для уравнения в частных производных

$$ y u_x -xy u_y=2xu, quad u(x+y=2)=1/y. $$

Задача 9. Решить систему дифференциальных уравнений в частных производных

Видео:Линейные дифференциальные уравнения в частных производныхСкачать

Линейные дифференциальные уравнения в частных производных

Разные задачи на исследование ДУ в ЧП

Задача 10. Найти поверхность, удовлетворяющую данному уравнению и проходящую через данную линию

Задача 11. Найти области гиперболичности, эллиптичности и параболичности уравнения и исследовать их зависимость от $l$, где $l$ – числовой параметр.

Задача 12. Найти функцию, гармоническую внутри круга радиуса $R$ c центром в начале координат и такую, что

Видео:Дифференциальное уравнение в частных производныхСкачать

Дифференциальное уравнение в частных производных

Помощь с решением ДУ в ЧП

Если вам нужна помощь с решением задач и контрольных по дифференциальным уравнениям (и другим разделам математического анализа), обращайтесь в МатБюро. Стоимость подробной консультации от 100 рублей , оформление производится в Word, срок от 1 дня.

Видео:Уравнения в частных производных 1Скачать

Уравнения в частных производных 1

Дифференциальные уравнения в частных производных с примерами решения и образцами выполнения

Дифференциальным уравнением с частными производными называется уравнение вида
(1)

Общий интеграл уравнения в частных производных

связывающее независимые переменные x1, х2, … , хn искомую функцию и = и(х1, х2,…, хn) и ее частные производные (наличие хотя бы одной производной обязательно). Здесь ki,k2,… ,кn — неотрицательные целые числа, такие, что к1 + к2 + … + кп = т.

Порядком дифференциального уравнения называется наивысший порядок входящие в уравнение частных производных. Так, если х, у — независимые переменные, и = и(х, у) — искомая функция, то

Общий интеграл уравнения в частных производных

— дифференциальное уравнение 1-го порядка;

Общий интеграл уравнения в частных производных

— дифференциальные уравнения 2-го порядка.

Для упрощения записи пользуются также следующими обозначениями:

Общий интеграл уравнения в частных производных

Пусть имеем дифференциальное уравнение с частными производными (1) порядка т. Обозначим через С m (D) множество функций, непрерывных в области D вместе со всеми производными до порядка m включительно.

Определение:

Решением дифференциального уравнения (1) в некоторой области D изменения независимых переменных x1, x2…xn,. называется всякая функция и = и(х1, х2,…, xп) ∈ С m (D) такая, что подстановка этой функции и ее производных в уравнение (1) обращает последнее в тождество по x1, x2, …., хп в области D.

Пример:

Найти решение и = и(х,у) уравнения

Общий интеграл уравнения в частных производных

Равенство (2) означает, что искомая функция и не зависит опт х, но может быть любой функцией от у,

u = φ(y). (3)

Таким образом, решение (3) уравнения (2) содержит одну произвольную функцию. Это — общее решение уравнения (2).

Приме:

Найти решение u = u(z, у) уравнения

Общий интеграл уравнения в частных производных

Положим Общий интеграл уравнения в частных производных= о. Тогда уравнение (4) примет вид Общий интеграл уравнения в частных производных= 0. Его общим решением будет произвольная функция v = w(у). Поскольку v= Общий интеграл уравнения в частных производныхприходим к уравнению Общий интеграл уравнения в частных производных= w(у). Интегрируя по у (считая х параметром), получим

Общий интеграл уравнения в частных производных

где g(x) — произвольная функция. Так как w(у) — произвольная функция, то и интеграл от нее также является произвольной функцией; обозначим его через f(у). В результате получим решение уравнения (4) в виде

u(x, y) = f(y) + g(x) (5)

произвольные дифференцируемые функции).

Решение (5) уравнения с частными производными 2-го порядка (4) содержит уже две произвольные функции. Его называют общим решением уравнения (4), так как всякое другое решение уравнения (4) может быть получено из (5) подходящим выбором функций f и g.

Мы видим, таким образом, что уравнения с частными производными имеют целые семейства решений. Однако существуют уравнения с частными производными, множества решений которых весьма узки и, в некоторых случаях, да же пусты.

Пример:

Множество действительных решений уравнения

Общий интеграл уравнения в частных производных

исчерпывается функцией u(x, y) = const, а уравнение

Общий интеграл уравнения в частных производных

вовсе не имеет действительных решений.

Мы не ставим пока вопрос об отыскании частных решений. Позже будет выяснено, какие дополнительные условия нужно задать, чтобы с их помощью можно было выделить частное решение, т.е. функцию, удовлетворяющую как дифференциальному уравнению, так и этим дополнительным условиям.

Общий интеграл уравнения в частных производных

Видео:1. Уравнения в частных производных первого порядка (уравнения переноса)Скачать

1. Уравнения в частных производных первого порядка (уравнения переноса)

Линейные дифференциальные уравнения с частными производными. Свойства их решений

Уравнение с частными производными называется линейным, если оно линейно относительно искомой функции и всех ее производных, входящих в уравнение; в противном случае уравнение называется нелинейным.

Пример:

Общий интеграл уравнения в частных производных

— линейное уравнение; уравнения

Общий интеграл уравнения в частных производных

Линейное дифференциальное уравнение 2-го порядка для функции двух независимых переменных х, у в общем случае имеет вид
(1)

Общий интеграл уравнения в частных производных

где А(х, у), В(х, у), …, с(х,у), f(x,y) — функции переменных х, у, заданные в некоторой области D плоскости хОу. Если f(x,y) ≡ 0 в D, то уравнение (1) называется однородным, в противном случае — неоднородным.

Обозначив левую часть уравнения (1) через L[u], запишем (1) в виде

L[u] = f(x, у). (2)

Соответствующее однородное уравнение запишется так:

L[u] = 0. (3)

Здесь L — линейный дифференциальный оператор, определенный на линейном пространстве C 2 (D) функций и = и(х, у).

Пользуясь свойством линейности оператора L, легко убедиться в справедливости следующих теорем, выражающих свойства решений линейных однородных дифференциальных уравнений с частными производными.

Теорема:

Если и(х, у) есть решение линейного однородного уравнения (3), то си(х, у), где с — любая постоянная, есть также решение уравнения (3).

Теорема:

Если и1(х, у) и и2(х, у) — решения линейного однородного уравнения (3), то сумма и1(х, у) + и2(x, у) есть также решение этого уравнения.

Следствие:

Если каждая из функций и1(х, у) и и2(х, у), u k(x, у) является решением уравнения (3), то линейная комбинация

Общий интеграл уравнения в частных производных

где c1, c2 …, сk — произвольные постоянные, также является решением этого уравнения.

В отличие от обыкновенного линейного однородного дифференциального уравнения, имеющего конечное число линейно независимых частных решений, линейная

комбинация которых дает общее решение этого уравнения, уравнение с частными производными может иметь бесконечное множество линейно независимых частных решений.

Пример:

Общий интеграл уравнения в частных производных

имеет общее решение k = φ(х), так что решениями его будут, например, функции 1,х,…, х n ,… . В соответствии с этим в линейных задачах для уравнений с частными производными нам придется иметь дело не только с линейными комбинациями конечного числа решений, но и с рядами Общий интеграл уравнения в частных производных, членами которых являются произведения постоянных Сп на частные решения иn(х, у) дифференциального уравнения.

Возможны случаи, когда функция и(х, у; λ) при всех значениях параметра λ из некоторого интервала (λо, λ1), конечного или бесконечного, является решением уравнения (3). В этом случае говорят, что решения уравнения зависят от непрерывно меняющегося параметра λ. Если теперь взять функцию С(λ) такую, что первые и вторые производные интеграла

Общий интеграл уравнения в частных производных

по х и по у могут быть получены с помощью дифференцирования под знаком интеграла, то этот интеграл также будет решением уравнения (3). Для линейного неоднородного уравнения

L[u] = f (4)

справедливы следующие предложения.

Теорема:

Если и(х, у) есть решение линейного неоднородного уравнения (4), a v(x, у) — решение соответствующего однородного уравнения (3), то сумма и + v есть решение неоднородного уравнения (4).

Теорема:

Принцип суперпозиции. Если и1(х, у) —решение уравнения L[u] = f1, a u2(x,y) — решение уравнения L[u] = f2, то и1 + u2 — решение уравнения L[u] = f1 + f2.

Видео:18+ Математика без Ху!ни. Дифференциальные уравнения.Скачать

18+ Математика без Ху!ни. Дифференциальные уравнения.

Классификация линейных дифференциальных уравнений второго порядка с двумя независимыми переменными

Определение:

Линейное дифференциальное уравнение второго порядка

Общий интеграл уравнения в частных производных

в некоторой области Q на плоскости хОу называется

1) гиперболическим в Ω, если

Общий интеграл уравнения в частных производных

2) параболическим в Ω, если

Общий интеграл уравнения в частных производных

3) эллиптическим в Ω, если

Общий интеграл уравнения в частных производных

Пользуясь этим определением, легко проверить, что уравнения

Общий интеграл уравнения в частных производных

— гиперболические при всех х и у, уравнение

Общий интеграл уравнения в частных производных

— параболическое при всех х и у, а уравнение

Общий интеграл уравнения в частных производных

— эллиптическое при всех х и у. Уравнение

Общий интеграл уравнения в частных производных

— эллиптическое при у > 0, параболическое на линии у = 0 и гиперболическое в полуплоскости у Общий интеграл уравнения в частных производных

с помощью которой уравнение (1) преобразуется к более простому, каноническому виду, своему для каждого типа уравнения.

Уравнение гиперболического типа (∆ > 0) преобразуется к вшу

Общий интеграл уравнения в частных производных

Общий интеграл уравнения в частных производных

(два канонических вида уравнений гиперболического типа).

Уравнение параболического типа (∆ ≡ 0) преобразуется к виду

Общий интеграл уравнения в частных производных

(канонический вид уравнения параболического типа).

Уравнение эллиптического типа (∆ Общий интеграл уравнения в частных производных

(канонический вид уравнения эллиптического типа). Здесь F и Ф — некоторые функции, зависящие от искомой функции и, ее первых производных Общий интеграл уравнения в частных производныхи независимых переменных ξ, η. Вид функций F и Ф определяется исходным уравнением (1).

В некоторых случаях каноническая форма уравнения позволяет найти общее решение исходного уравнения.

Как правило, приведениеуравнения(1) к каноническому виду путем замены независимых переменных имеет локальный характер, т. е. осуществимо лишь в некоторой достаточно малой окрестности рассматриваемой точки Mo(xo, уo).

Когда число п независимых переменных больше двух, также различают уравнения гиперболического, параболического и эллиптического типов. Например, при п = 4 простейшая каноническая форма таких уравнений имеет вид

Общий интеграл уравнения в частных производных

Здесь и = и(х, у, z, t).

Замечание:

В общем случае, когда число независимых переменных больше двух, приведение линейною уравнения с переменными коэффициентами

Общий интеграл уравнения в частных производных

к каноническому виду возможно только в данной точке Общий интеграл уравнения в частных производныхи невозможно в любой сколь угодно малой окрестности этой точки.

Мы ограничимся рассмотрением линейных дифференциальных уравнений 2-го порядка. К таким уравнениям приводит большое количество различных физических задач.

Так, колебательные процессы различной природы (колебания струн, мембран, акустические колебания газа в трубах, электромагнитные колебания и т. д.) описываются уравнениями гиперболического типа. Простейшим из таких уравнений является уравнение колебаний струны (одномерное волновое уравнение): (2)

Общий интеграл уравнения в частных производных

Здесь х — пространственная координата, t — время, Общий интеграл уравнения в частных производныхгде Т — натяжение струны, р — ее линейная плотность.

Процессы теплопроводности и диффузии приводят к уравнениям параболического типа. В одномерном случае простейшее уравнение теплопроводности имеет вид
(3)

Общий интеграл уравнения в частных производных

Здесь Общий интеграл уравнения в частных производныхгде р — плотность среды, с — удельная теплоемкость, k — коэффициент теплопроводности.

Наконец, установившиеся процессы, когда искомая функция не зависит от времени, определяются уравнениями эллиптического типа, типичным представителем которых является уравнение Лапласа
(4)

Общий интеграл уравнения в частных производных

Непосредственной проверкой убеждаемся в том, что решением уравнения (2) является всякая функция и(х, t) вида

Общий интеграл уравнения в частных производных

Общий интеграл уравнения в частных производных

Можно показать, что решениями уравнения (3) являются функции вида

Общий интеграл уравнения в частных производных

произвольные постоянные, А — числовой параметр). Интегрируя решение и(х, t; λ) = Общий интеграл уравнения в частных производныхуравнения (3) по параметру λ в пределах от — ∞ до + ∞ , получим так называемое фундаментальное решение U(x, t) = Общий интеграл уравнения в частных производныхуравнения теплопроводности.

Наконец, нетрудно убедиться, что действительнозначные функции Рn(х,у) и Qn(x, у), определяемые из соотношения

Общий интеграл уравнения в частных производных

являются решениями уравнения Лапласа (4) для п = 0, 1, 2…..Этот последний результат есть частный, случай общего утверждения, что и действительная и мнимая части аналитической функции

f(z) = u(x, у) + iv(x, у)

комплексного переменного z = х + iy являются решениями уравнения Лапласа (4).

В силу линейности уравнения (4) ряды

Общий интеграл уравнения в частных производных

тоже будут решениями уравнения (4), если они сходятся равномерно, как и ряды, полученные из них двукратным почленным дифференцированием по каждому из аргументов х, у.

Таким образом, для простейшей — канонической — формы уравнений гиперболического, параболического и эллиптического типов мы располагаем о решениях этих уравнений некоторой информацией.

Видео:6. Линейные однородные уравнения в частных производных первого порядкаСкачать

6. Линейные однородные уравнения в частных производных первого порядка

Постановка основных задач для линейных дифференциальных уравнений второго порядка

Для полного описания того или иного физического процесса мало иметь только дифференциальное уравнение процесса, надо еще задать начальное состояние этого процесса (начальные условия) и режим на границе S той области Ω, в которой процесс происходит (граничные условия). Это обусловлено неединственностью решения дифференциальных уравнений.

Пример:

Общее решение уравнения

Общий интеграл уравнения в частных производных

имеет вид и(х, у) = f(x) + g(y), где f(x) и g(y) — произвольные дифференцируемые функции. Поэтому чтобы выделить решение, описывающее данный физический процесс, необходимо задать дополнительные условия.

Различают три основных типа задач для дифференциальных уравнений с частными производными (число независимых переменных равно п):

а) задача Коши для уравнений гиперболического и параболического типов: задаются начальные условия, область Ω совпадает со всем пространством R n , граничные условия отсутствуют;

б) краевая задача для уравнений эллиптического типа: задаются граничные условия на границе S области Ω, начальные условия отсутствуют;

в) смешанная задача для уравнений гиперболического и параболического типов: задаются начальные и граничные условия, Ω ≠ R n

Решение заданий и задач по предметам:

Дополнительные лекции по высшей математике:

Общий интеграл уравнения в частных производных

Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных Общий интеграл уравнения в частных производных

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Видео:#8 Уравнения в частных производныхСкачать

#8 Уравнения в частных производных

Линейные дифференциальные уравнения в частных производных первого порядка

Общий интеграл уравнения в частных производных

Видео:Горицкий А. Ю. - Уравнения математической физики - Уравнения с частными производными 1-го порядкаСкачать

Горицкий А. Ю. - Уравнения математической физики - Уравнения с частными производными 1-го порядка

Линейные однородные уравнения в частных производных первого порядка

Пусть X 1 , X 2 , . Xn – заданные функции переменных x 1 , x 2 , . xn .

Чтобы решить линейное однородное уравнение в частных производных первого порядка:

необходимо решить систему обыкновенных дифференциальных уравнений (уравнение характеристик):
:
Далее нужно представить решение в виде:
φ 1( x 1 , x 2 , . xn ) = C 1 ,
φ 2( x 1 , x 2 , . xn ) = C 2 ,
.
φn- 1 ( x 1 , x 2 , . xn ) = Cn- 1 ,
где Ck – постоянные.
После чего сразу получаем общее решение:
,
где F – произвольная функция от n – 1 аргументов.

Если нужно получить частное решение с определенными граничными условиями, то необходимо подставить значения переменных из граничных условий в общее решение и найти вид функции F .

Видео:Приведение уравнений в частных производных к безразмерному виду.Скачать

Приведение уравнений в частных производных к безразмерному виду.

Линейные неоднородные уравнения в частных производных первого порядка

Пусть X 1 , X 2 , . Xn+ 1 – заданные функции от переменных x 1 , x 2 , . xn и z .

Чтобы решить линейное неоднородное уравнение в частных производных первого порядка:
,
необходимо решить уравнение характеристик:
.
Решение этой системы нужно представить в следующем виде:
φ 1( x 1 , x 2 , . xn , z ) = C 1 ,
φ 2( x 1 , x 2 , . xn , z ) = C 2 ,
.
φn ( x 1 , x 2 , . xn , z ) = Cn .
После чего сразу получаем общий интеграл в неявном виде:

где F – произвольная функция. Также общий интеграл можно представить в различных вариантах, например:
φ 1 = F ( φ 2 , φ 3 , . φn ) ,
φ 2 = F ( φ 1 , φ 3 , . φn ) ,
и т. д.

Видео:Уравнения с частными производными 2 ЗадачиСкачать

Уравнения с частными производными 2  Задачи

Примеры решений линейных уравнений в частных производных первого порядка

Однородное уравнение

Найти общее решение линейного однородного уравнения в частных производных первого порядка и решить задачу Коши с указанным граничным условием:
,
при .

Это линейное однородное уравнение в частных производных первого порядка. Составляем уравнение характеристик:

Это уравнение характеристик содержит три уравнения:
;
;
.
Нам нужно выбрать и решить любые два из них. Тогда третье будет выполнено автоматически.

Выбираем и решаем первое уравнение:

Здесь переменные уже разделены, интегрируем:

Интегралы табличные,

Потенцируем:

Отсюда

Подставим во второе уравнение:

Или:

Это линейное уравнение. Решаем с помощью интегрирующего множителя. Умножим на x -1 и преобразуем:

Интегрируем:

Подставим полученное ранее выражение C1 = x y 2 :

Итак, мы нашли два интеграла уравнения характеристик:

Общее решение исходного уравнения в частных производных имеет вид:

где F - произвольная функция от двух аргументов F(φ1, φ2) . Найдем ее вид из граничного условия
при .

Рассматриваем решение на границе.
Положим x y = –1 :

Отсюда

На границе
.

Итак, мы нашли, что на границе функция F имеет вид:
F ( φ 1 , φ 2 ) = φ 1 φ 2 .
Такой же вид она имеет и во всей области
Подставляя
;
,
получаем частное решение исходного уравнения в частных производных с заданным граничным условием:

Общее решение:

где F - произвольная функция от двух аргументов F ( φ 1 , φ 2 ) .

Неоднородное уравнение

Найти поверхность, удовлетворяющую данному уравнению
,
и проходящую через данную окружность x + y + z = 0 , x 2 + y 2 + z 2 = a 2 .

Это линейное неоднородное уравнение в частных производных первого порядка. Составляем уравнение характеристик:

Оно содержит три уравнения:
;
;
.
Нам нужно выбрать и решить любые два из них. Тогда третье удовлетворится автоматически. Выбираем первое и второе уравнения.

Решаем уравнение:

Умножаем на 2 z и интегрируем:

Интегралы табличные,

Потенцируем:

Отсюда
x = C 1 y

Подставим во второе уравнение:

Или:

Замечаем, что , тогда

Это линейное уравнение. Решаем с помощью интегрирующего множителя. Разделим на y 2 и преобразуем:

Интегрируем:

Подставим полученное ранее выражение и преобразуем:

Итак, мы нашли два интеграла уравнения характеристик:

Для удобства дальнейших вычислений заметим, что функция от постоянной также является постоянной. Поэтому запишем интегралы в виде:

Общий интеграл исходного уравнения в частных производных имеет вид:
F ( φ 1 , φ 2) = 0
Но, поскольку F - произвольная функция от двух аргументов, то общий интеграл можно записать также в виде:
φ 1 = F ( φ 2) ,
где F - произвольная функция от одного аргумента.

Найдем вид этой функции, рассматривая решение на границе.
На границе, x 2 + y 2 + z 2 = a 2 , .
Из уравнения x + y + z = 0 , z = – ( x + y ) . Подставим в x 2 + y 2 + z 2 = a 2 и преобразуем:
x 2 + y 2 + ( x + y ) 2 = a 2
x 2 + y 2 + x 2 + 2 xy + y 2 = a 2
2 x 2 + 2 xy + 2 y 2 = a 2
Разделив на y 2 , имеем

Итак, мы нашли, что на границе:

.
Подставим в выражение общего интеграла:
φ 1 = F ( φ 2)
.
Сделаем подстановку
:
.

Итак, мы нашли, что на границе функция F имеет вид:
.
Такой же вид она имеет и во всей области, тогда
.
Подставляем выражения для φ1 и φ2 :

.
Умножим на a 2 y 2 .

Автор: Олег Одинцов . Опубликовано: 23-09-2014

💡 Видео

Приведение ДУ 2 порядка в частных производных к каноническому видуСкачать

Приведение ДУ 2 порядка в частных производных к каноническому виду

Математика без Ху!ни. Частные производные функции нескольких переменных. Градиент.Скачать

Математика без Ху!ни. Частные производные функции нескольких переменных. Градиент.

Сеточные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных.Скачать

Сеточные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных.

Приведение линейного уравнения в частных производных c постоянными коэфф--ми к каноническому виду.Скачать

Приведение линейного уравнения в частных производных c постоянными коэфф--ми к каноническому виду.
Поделиться или сохранить к себе: