Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
Невозможность построить функцию Грина в случае стержня со свободными концами. Предельный переход от задачи о колебаниях дискретной цепочки к интегральному. уравнению колебаний стержня. Эквивалентность интегрального уравнения и дифференциальной схемь задачи ШтурмаЛиувиляя. Пример фияической задачи другого типа, приводящей к интегральному уравнению: задача об идеальном оптическом ияображении. то, как мы видели, для где Здесь Мы нашли Если стержень свободен, производная В случае свободных конџов одно из собственных значений есть нуль. Уравнение преврашается при с непрерывным решением Если существует непрерывная функџия, удовлетворяющая уравнению и граничным условиям, то не существует удовлетворяющей ему разрывной функџии. Наоборот, если не существует непрерывной функции, удовлетворяющей дифференџиальному уравнению и граничным условиям, то существует разрывная. Существование или несуществование функции Грина имеет ясный физический смысл. Если стержень свободен на обоих концах, то при действии на него силы не существует состояния равновесия. Физически этот случай является исключительным: стержень может не только колебаться, но и двигаться равномерно. Однако для случая свободных конџов можно построить функцию Грина в обобщенном смысле. Для этого, кроме единичной сосредоточенной силы, нужно приложить к стержню еше компенсирующую ее распределенную силу. Можно рассматривать стержень как совокупность масс, соединенных „пружинами“ (довольно трудно ответить на вопрос: что лучше отражает — действительный стержень, сплошная или дискретная модель). Мы уже рассматривали предельный переход от дискретной модели к сплошной и показали, что решение, получаемое для дискретной системы, в пределе переходит в решение некоторого дифферендиального уравнения в частных производных Возьмем „стержень“, закрепленный на одном конде и свободный на другом (рис. 180), и поставим сначала статическую задачу (здесь также можно перейти от статической задачи к динамической с помощью принџипа Даламбера). Пусть на каждую точку действует некоторая сила. Обозначим через Рассмотрим сначала частный случай, когда внешняя сила, равная единиџе, действует только на Пусть Напишем уравнение для первой частиџы: Рис. 180. Нужно еше написать уравнение для Для Все частиды с Не трудно определить, что Если сила равна не единиџе, а Если то, применяя принџип Даламбера, получаем окончательно для динамической задачи: Здесь уместно поставить вопрос о том, как поступить, если мы хотим вычислить период колебаний распределенной системы, апроксимируя ее посредством дискретной системы. Подход, основанный на дифференџиальных уравнениях, проџе. Имея в виду только простоту, можно было бы не переходить к анализу посредством интегральных уравнений. где Пусть теперь и, кроме того, Мы получаем в пределе Итак, исходя из дискретной модели и перейдя к пределу (мы не вдаемся в вопрос о законности перехода), мы снова получили интегральное уравнение (3). Интегральное уравнение устанавливается на основании физической картины явления так же хорошо, как и дифференџиальное. Пусть дана краевая задача, которая формулируется на языке дифференџиальных уравнений следуюшим образом: Разумеется, то, что мы из физики получили для обоих случаев обе картины, в значительной степени предрешает этот результат, но мы постараемся его теперь доказать. Мы докажем, что решения интегрального уравнения (3) удовлетворяют дифференџиальному уравнению (6) при краевых условиях (7) и (8), и наоборот. Ее производная непрерывна всюду, кроме точки Уравнение (9) можно проинтегрировать в квадратурах. Мы найдем одно решение для левой части системы откуда или, интегрируя, Для случая, когда Возьмем теперь и проверим, что построенная таким способом функџия и, следовательно, Я утверждаю, что составленное с таким Покажем, что функџия Умножив (13) на Будем теперь интегрировать по Левые части обращаются в нуль соответственно при Учитывая (12), получаем далее: откуда, после замены Это уравнение отличается от (3) лишь тем, что вместо Дифференџиальная схема нашей задачи эквивалентна интегральному уравнению с функџией Грина, определенной выше. В этой эквивалентности заключается, с одной стороны, интерес, который представляют интегральные уравнения, с другой стороны, 一их слабость, если бы дело этим ограничивалось. Из того, что было сказано, следует, что интегральное уравнение (3) имеет бесконечное множество собственных значений и каждому собственному значению соответствует одна собственная функция. Мы вывели интегральное уравнение, соответствующее определенному узкому классу дифференциальных уравнений. Вид ядра связан определенным образом с задачей Штурма-Лиувилля. Для спеџиального типа интегральных уравнений, ядра которых соответствуют дифферендиальной схеме (6) — (8), мы доказали некоторые свойства собственных чисел и собственных функцй. Однако необходима более общая теория, пригодная при любом ядре. Такая теория существует. Теория интегральных уравнений гораздо шире, чем проблема Штурма-Лиувилля. Ряд вопросов (например, вопрос о разложимости функџий по собственным функџиям) легче, проще и изящнее решается с помоџью интегральных уравнений. Даже ради одного этого стоит их изучить. Мне хочется изложить задачу, где ссылка на дифференџильные уравнения не поможет. Мы получим в ней интегральное уравнение другого типа, чем (3). Эта задача относится к теории оптического изображения Пусть имеется система линз, дающая изображение (рис. 181). Каждой точке объекта соответствует определенная точка изображения. Предположим, что система не дает увеличения (или уменьшения). Согласно геометрической оптике яркость в точке Пусть одна точка предмета дает в плоскости изображения распределение амплитуды (амплитуда есть функџия координаты точки объекта где где Конечно, распределение где Подставляя (19) в (18), получаем: Неискажаемые структуры должны удовлетворять интегральному уравнению (20), ядро которого задано свойствами оптической системы. Ядро уравнения (20) симметрично, но оно совсем другого типа, чем в задаче Штурма-Лиувилля. Оно не имеет разрыва производной. Но можно поставить вопрос иначе: насколько можно приблизиться к точному изображению? Оказывается, можно указать такие структуры, которые мало искажаются. Можно высказать на этот счет ряд общих теорем. Таким образом, области дифференџиальных и интегральных уравнений далеко не перекрываются. Интегральные уравнения представляют интерес и независимо от дифференџиальных уравнений.
|
1 |
Оглавление
|