Главная > Методы возмущений (А.Х. Найфэ)
<< 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

Чтобы определить равномерно пригодное разложение для задачи
\[
\frac{d u}{d x}=F(x, u, \varepsilon), u\left(x_{0}\right)=u_{0},
\]

Темпл [1958], подобно тому, как это делал Лайтхилл, ввел новую независимую переменную $s$ и предположил, что
\[
u=u(s, \varepsilon), \quad x=x(s, \varepsilon) .
\]

Лайтхилл предполагал, что
\[
\begin{array}{c}
u=u_{0}(s)+\varepsilon u_{1}(s)+\varepsilon^{2} u_{2}(s)+\ldots, \\
x=s+\varepsilon x_{1}(s)+\varepsilon^{2} x_{2}(s)+\ldots,
\end{array}
\]

и выбирал $x_{i}$ так, чтобы оба эти разложения были равномерно пригодными. Темпл же заменил исходное уравнение двумя эквивалентными уравнениями
\[
\frac{d u}{d s}=U(x, u, s, \varepsilon), \quad \frac{d x}{d s}=X(x, u, s, \varepsilon),
\]

такими, чтобы $U$ и $X$ были регулярными по $\varepsilon$. Затем он нашел прямое возмущенное разложение для $u$ и $x$. Таким образом, метод Темпла систематическим образом определяет $x_{i}$. Аналогичный подход использовали Уизэм, Лайтхилл, Фокс, Линь и Девисон. Он обсуждался ранее в случае гиперболических уравнений, где построение равномерно пригодных разложений достигалось разложением по одному или нескольким параметрам характеристик.
В качестве примера рассмотрим задачу
\[
(x+\varepsilon y) \frac{d y}{d x}+(2+x) y=0, \quad y(1)=e^{-1} .
\]

Этот пример обсуждался Темплом. Он является частным случаем звдачи (3.2.9). Темпл заменил вышеприведенное уравнение на
\[
s \frac{d x}{d s}=x+\varepsilon y, \quad s \frac{d y}{d s}=-(2+x) y .
\]

Эти уравнения аналитичны по $\varepsilon$ и обладают следующими разложениями:
\[
\begin{array}{c}
y=s^{-2} e^{-s}\left[1-\varepsilon \int_{1}^{s} \varphi(t) d t\right]+O\left(\varepsilon^{2}\right), \\
x=s[1+\varepsilon \varphi(s)]+O\left(\varepsilon^{2}\right),
\end{array}
\]

где
\[
\varphi(s)=\int_{1}^{s} s^{-4} e^{-s} d s
\]

При $s \rightarrow 0$ имеем
\[
\begin{array}{l}
x=s-\frac{1}{3} \varepsilon s^{-2}+O\left(\varepsilon^{2} s^{-4}\right) \\
y=s^{-2}-\frac{1}{6} \varepsilon s^{-4}+O\left(\varepsilon^{2} s^{-6}\right) .
\end{array}
\]

Следовательно, при $x=0$
\[
y=\left(\frac{3}{\varepsilon}\right)^{2 / 3}+O\left(\varepsilon^{-1 / 3}\right),
\]

что согласуется с выражением (3.2.33), полученным методом Лайтхилла.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru