Главная > Лекции по математической физике
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
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
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

2. Существование классического решения уравнения теплопроводности на отрезке

Рассмотрим задачу для уравнения теплопроводности с постоянными коэффициентами на отрезке при однородных условиях Дирихле:

где коэффициент коэффициент теплопроводности, с — удельная теплоемкость, плотность. Коэффициент часто называют коэффициентом температуропроводности.

Формальное построение решения этой задачи методом Фурье было проведено в гл. III. Оно имеет вид

где

Покажем, что при определенных условиях на функцию ряд (4.13) с коэффициентами, вычисляемыми по формуле (4.14), представляет собой классическое решение задачи

Напомним, что необходимым условием существования классического решения задачи (4.10) — (4.12) является условие согласования начального (4.11) и граничных (4.12) условий:

Предварительно сформулируем полезное вспомогательное положение — обобщенный принцип суперпозиции.

Лемма 6.1 (обобщенный принцип суперпозиции). Пусть частные решения линейного однородного дифференциального уравнения обыкновенного или в частных производных и пусть все дифференциальные операции над функцией входящие в это уравнение, можно проводить путем почленного дифференцирования ряда. Тогда функция также удовлетворяет уравнению

Доказательство. При выполнении сформулированных в лемме условий получаем

В качестве достаточного условия для возможности почленного дифференцирования ряда будем пользоваться равномерной сходимостью ряда получаемого в результате дифференцирования.

Напомним также известное свойство рядов Фурье.

Если периодическая с периодом 21 функция имеет на отрезке непрерывных производных, а производная ее на этом отрезке кусочно-непрерывна, то сходится числовой ряд

где коэффициенты Фурье в разложении функции по тригонометрической системе

Если функция задана на отрезке и разлагается в ряд Фурье только по то сформулированные требования должны выполняться для функции являющейся нечетным продолжением функции В частности, для непрерывности и периодичности с периодом 21 функции необходимо, чтобы Непрерывность первой производной в точках при нечетном продолжении получается автоматически.

Теорема 6.7. Пусть функция непрерывна на отрезке имеет на нем кусочно-непрерывную производную и удовлетворяет условиям Тогда существует классическое решение задачи (4.10) — (4.12), представимое рядом (4.13) с коэффициентами (4.14).

Доказательство. Ряд (4.13) с коэффициентами (4.14) удовлетворяет однородным граничным условиям (4.12), поскольку им удовлетворяют все собственные функции и при переходит в тригонометрический ряд Фурье на отрезке для функции удовлетворяющей условию разложимости в ряд Фурье:

Остается доказать, что ряд (4.13) сходится в области и функция представимая этим рядом, непрерывна в области обладает непрерывными производными, входящими в уравнение (4.10), и удовлетворяет однородному уравнению (4.10) в области Так как каждый член ряда (4.13) является частным решением однородного уравнения (4.10), то в силу обобщенного принципа суперпозиции достаточно показать, что в области существуют производные функции входящие в уравнение (4.10), и их можно вычислять путем почленного дифференцирования ряда (4.13).

Покажем прежде всего, что функция представимая рядом (4.13), непрерывна в области й. Из формулы (4.15) следует, что мажорантным для ряда (4.13) будет ряд из модулей коэффициентов Фурье функции

который сходится в силу условий, наложенных на функцию и сформулированных выше свойств рядов Фурье. Тем самым ряд (4.13) сходится равномерно к функции в области и функция непрерывна в

Следовательно, при функция удовлетворяет начальному условию (4.11), а при функция удовлетворяет однородным граничным условиям (4.12).

Покажем теперь, что при где любое число, сходятся равномерно ряды из производных

где

— общий член ряда (4.13).

Поскольку функция непрерывна на отрезке то она ограничена на нем

где некоторая постоянная и

Поэтому при получаем

и

Из формул (4.17), (4.18) вытекает, что для доказательства равномерной сходимости рядов (4.16) нужно доказать сходимость мажорантных рядов вида

где Для первого мажорантного ряда к для второго.

Сходимость ряда вида (4.19) следует из признака сходимости Даламбера, так как

Поскольку при мажорантные ряды для рядов (4.16) сходятся, то сами ряды сходятся равномерно и ряд (4.13) можно дифференцировать почленно дважды по х и один раз по при или, ввиду произвольности в области

В силу обобщенного принципа суперпозиции функция представимая рядом (4.13), удовлетворяет уравнению (4.10).

Итак, мы доказали, что при условиях теоремы функция представимая формулой (4.13) с коэффициентами (4.14), является классическим решением начально-краевой задачи

1
Оглавление
email@scask.ru