Главная > Линейные и нелинейные волны (Дж. Уизем)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
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

Построение метода нахождения точных решений уравнения Кортевега – де Фриза во многом стимулировалось существованием бесконечного числа уравнений сохранения. Одним из путей получения этих уравнений является преобразование Миуры, имеющее и самостоятельный интерес. Результат подстановки выражения
\[
u=-\frac{\sigma \eta}{6}=v^{2}+v_{x}
\]

в уравнение Кортевега-де Фриза можно записать так:
\[
\left(2 v+\frac{\partial}{\partial x}\right)\left(v_{t}-6 v^{2} v_{x}+v_{x x x}\right)=0 .
\]

Следовательно, можно изучать также уравнение
\[
v_{t}-6 v^{2} v_{x}+v_{x x x}=0,
\]

связав его с уравнением Кортевега – де Фриза.
Модификация этого преобразования порождает бесконечное число законов сохранения. Подстановка
\[
\sigma \eta=w+i \varepsilon w_{x}+\frac{1}{6} \varepsilon^{2} w^{2}
\]

дает
\[
\left(1+i \varepsilon \frac{\partial}{\partial x}+\frac{1}{3} \varepsilon^{2} w^{2}\right)\left\{w_{t}+\left(w+\frac{1}{6} \varepsilon^{2} w^{2}\right) w_{x}+w_{x x x}\right\}=0 .
\]

Пусть функция $w$ удовлетворяет уравнению
\[
w_{t}+\left(w+\frac{1}{6} \varepsilon^{2} w^{2}\right) w_{x}+w_{x x x}=0 .
\]

Тогда имеем следующее простое уравнение сохранения для $w$ :
\[
w_{t}+\left(\frac{1}{2} w^{2}+\frac{1}{18} \varepsilon^{2} w^{3}+w_{x x}\right)_{x}=0
\]

Если теперь записать решение уравнения (17.59) относительно $w$ в виде формального ряда по стешеням $\varepsilon$ :
\[
w=\sum_{0}^{\infty} \varepsilon^{n} w_{n}\{\xi\}, \quad \zeta=\sigma \eta,
\]

то для $w_{n}$ получаются рекуррентные формулы, в которые входят функция $\zeta$ и ее производные по $x$. Подставим это разложение в уравнение (17.60); тогда каждый коэффициент при $\varepsilon^{n}(n=1,2, \ldots$ ) даст закон сохранения. Приведем несколько первых сохраняющихся плотностей:
\[
\begin{array}{c}
\zeta, \quad \frac{1}{2} \zeta^{2}, \quad \frac{1}{3} \zeta^{3}-\zeta_{x}^{2}, \quad \frac{1}{4} \zeta^{4}-3 \zeta_{x x}^{2}+\frac{9}{5} \zeta_{x x}^{2}, \\
\frac{1}{5} \zeta^{5}-6 \zeta^{2} \zeta_{x}^{2}+\frac{36}{5} \zeta \zeta_{x x}^{2}-\frac{108}{35} \zeta_{x x x}^{2} .
\end{array}
\]

Существование бесконечного числа сохраняющихся величин
\[
\int_{-\infty}^{\infty} w_{n}(\zeta) d x
\]

определенно способствует уверенности в том, что решения можно найти в явном виде.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru