Классическое решение начально-граничной задачи для волнового уравнения со смешанной производной

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследуется начально-граничная задача для неоднородного гиперболического уравнения второго порядка в полуполосе плоскости с постоянными коэффициентами, содержащего смешанную производную, с нулевым и ненулевым потенциалами. Данное уравнение является уравнением поперечных колебаний движущейся конечной струны. Рассматривается случай закрепленных концов (условия Дирихле). Предполагается, что корни характеристического уравнения простые и лежат на вещественной оси по разные стороны от начала координат. Формулируются доказанные ранее автором теоремы о конечных формулах для обобщённого решения в случае однородной и неоднородной задач. Затем на основе этих формул доказываются теоремы о конечных формулах для классического решения или, по-другому, решения почти всюду. Во второй части статьи формулируются доказанные ранее автором теоремы об обобщённом решении начально-граничной задачи с обычным потенциалом и потенциалом общего вида. В основе этих результатов лежит идея трактовать уравнение с потенциалом, как неоднородность в уравнении без потенциала. Эта идея ранее использовалась А.П. Хромовым и В.В. Корневым в случае уравнения без смешанной производной. И, далее, на основе формул для обобщённого решения задачи с потенциалами доказываются теоремы о соответствующих формулах для классических решений для этих двух видов потенциалов.

Об авторах

В. С. Рыхлов

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: RykhlovVS@yandex.ru
Саратов, Россия

Список литературы

  1. Бурлуцкая М.Ш., Хромов А.П. Резольвентный подход в методе Фурье// Докл. РАН. - 2014.- 458, № 2. -С. 138-140.-doi: 10.7868/S0869565214260041.
  2. Бурлуцкая М.Ш., Хромов А.П. Резольвентный подход для волнового уравнения// Журн. вычисл. мат. и мат. физ.- 2015.- 55, № 2.- С. 229-241.- doi: 10.7868/S0044466915020052.
  3. Вагабов А.И. Введение в спектральную теорию дифференциальных операторов.-Ростов-на-Дону: Рост. унив., 1994.
  4. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа.- М.: Наука, 1976.
  5. Корнев В.В. О применении расходящихся рядов в смешанных задачах, не имеющих классического решения// В сб.: «Современные методы теории краевых задач: материалы межд. конференции: Воронеж. весенняя матем. школа “Понтрягинские чтения-XXXIII”». -Воронеж: ВГУ, 2022.- С. 132-137.
  6. Корнев В.В., Хромов А.П. Классическое решение смешанной задачи для однородного волнового уравнения с закрепленными концами// Итоги науки и техн. Сер. Соврем. мат. и ее прил. - 2019.- 172.- С. 119-133.-doi: 10.36535/0233-6723-2019-172-119-133.
  7. Корнев В.В., Хромов А.П. Использование резольвентного подхода и расходящихся рядов при решении смешанных задач// В сб.: «Математика. Механика. Вып. 23».-Саратов: Сарат. унив., 2021.- С. 18-24.
  8. Крылов А.Н. О некоторых дифференциальных уравнениях математической физики, имеющих приложения в технических вопросах.-М.-Л.: ГИТТЛ, 1950.
  9. Курдюмов В.П., Хромов А.П., Халова В.А. Смешанная задача для однородного волнового уравнения с ненулевой начальной скоростью с суммируемым потенциалом// Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Мат. Мех. Инф.- 2020.- 20, № 4.- С. 444-456.- doi: 10.18500/1816-9791-2020-20-4-444-456.
  10. Ломов И.С. Эффективное применение метода Фурье для построения решения смешанной задачи для телеграфного уравнения// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 15. Вычисл. мат. и киберн.- 2021.-№ 4.- С. 37-42.
  11. Ломов И.С. Обобщенная формула Даламбера для телеграфного уравнения// Итоги науки и техн. Сер. Соврем. мат. и ее прил. - 2021.- 172.-С. 66-79.- doi: 10.36535/0233-6723-2021-199-66-79.
  12. Ломов И.С. Эффективное применение метода Фурье к решению смешанной задачи для телеграфного уравнения// В сб.: «Современные проблемы теории функций и их приложения: материалы 21-й межд. Саратовской зимней школы».-Саратов: Сарат. унив., 2022.-С. 178-180.
  13. Ломов И.С. Новый метод построения обобщённого решения смешанной задачи для телеграфного уравнения// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 15. Вычисл. мат. и киберн. -2022.-№ 3. -С. 33-40.
  14. Ломов И.С. Построение обобщённого решения смешанной задачи для телеграфного уравнения: секвенциальный и аксиоматический подходы// Дифф. уравн.-2022.- 58, № 11.-С. 1471-1483.-doi: 10.31857/S0374064122110048.
  15. Ломовцев Ф.Е. Метод корректировки пробных решений волнового уравнения в криволинейной первой четверти плоскости для минимальной гладкости правой части// Журн. Белорус. гос. ун-та. Мат. Инф.-2017.- 3.-С. 38-52.
  16. Ломовцев Ф.Е., Лысенко В.Н. Смешанная задача для общего одномерного волнового уравнения в полуполосе плоскости при нестационарных нехарактеристических вторых производных// Весн. МДУ iм. А.А. Куляшова. Сер. B. Мат. Фiз. Бiял. -2021.-№ 2.-С. 28-55.
  17. Ломовцев Ф.Е. Глобальная теорема корректности по Адамару первой смешанной задачи для волнового уравнения в полуполосе плоскости// Весн. ГрДУ iм. Я. Купалы. Сер. 2. Мат. Фiз. Iнф, вылiч. тэх. i кiрав.- 2021.- 11, № 1.- С. 68-82.
  18. Ломовцев Ф.Е. Первая смешанная задача для общего телеграфного уравнения с переменными коэффициентами на полупрямой// Журн. Белорус. гос. ун-та. Мат. Инф.- 2021.- 1.-С. 18-38.
  19. Ломовцев Ф.Е. Глобальнаятеорема корректностипервой смешанной задачи для общего телеграфного уравнения с переменными коэффициентами на отрезке// Пробл. физ., мат. и техн.- 2022.-№ 1.- С. 62-73.-doi: 10.54341/20778708_2022_1_50_62.
  20. Моисеев Е.И., Ломовцев Ф.Е., Новиков Е.Н. Неоднородное факторизованное гиперболическое уравнение второго порядка в четверти плоскости при полунестационарной факторизованной второй косой производной в граничном условии// Докл. РАН. - 2014.- 459, № 5.- С. 544-549.-doi: 10.7868/S0869565214350072.
  21. Муравей Л.А., Петров В.М., Романенков А.М. О задаче гашения поперечных колебаний продольно движущейся струны// Вестн. Мордовского ун-та.-2018.- 28, № 4.- С. 472-485.-DOI: 1015507/0236-2910.028.201804.472-485.
  22. Муравей Л.А., Романенков А.М. Численные методы гашения колебаний движущегося бумажного полотна// В сб.: «Дифф. уравн., мат. моделир. и вычисл. алгоритмы: сборн. матер. межд. конф. Белгород, 25-29 окт. 2021 г.» -Белгород: ИД БелГУ НИУ БелГУ, 2021.- С. 194-196.
  23. Наймарк М.А. Линейные дифференциальные операторы.- М.: Наука, 1969.
  24. Натансон И.П. Теория функций вещественной переменной. - М.: Наука, 1974.
  25. Расулов М.Л. Метод контурного интеграла и его применение к исследованию задач для дифференциальных уравнений.-М.: Наука, 1964.
  26. Рыхлов В.С. Разрешимость смешанной задачи для гиперболического уравнения с распадающимися краевыми условиями при отсутствии полноты собственных функций// Итоги науки и техн. Сер. Соврем. мат. и ее прил. -2022.- 204.- С. 124-134.-doi: 10.36535/0233-6723-2022-204-124-134.
  27. Рыхлов В.С. О решении начально-граничной задачи для гиперболического уравнения со смешанной производной// В сб.: «Соврем. методы теории краевых задач: материалы Межд. конф. “Понтрягинские чтения-XXXIII”». -Воронеж: ВГУ, 2022.-С. 237-240.
  28. Рыхлов В.С. Решение начально-граничной задачи для уравнения гиперболического типа со смешанной производной// В сб.: «Современные проблемы теории функций и их приложения: материалы 21-й межд. Саратовской зимней школы».- Саратов: Сарат. унив., 2022.-С. 252-255.- URL: https://sgu.ru/node/184778.
  29. Рыхлов В.С. Единственность решения начально-граничной задачи для гиперболического уравнения со смешанной производной и формула для решения// Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Мат. Мех. Инф.-2023.- 23, № 2.-С. 183-194.-doi: 10.18500/1816-9791-2023-23-2-183-194.
  30. Рыхлов В.С. Обобщённая начально-граничная задача для волнового уравнения со смешанной производной// Соврем. мат. Фундам. направл.-2023.-69, № 2.- С. 342-363.- doi: 10.22363/2413-3639- 2023-69-2-342-363.
  31. Рыхлов В.С. Обобщённое решение начально-граничной задачи для волнового уравнения со смешанной производной и ненулевым потенциалом// В сб.: «Соврем. методы теории краевых задач: матер. Межд. конф.: Воронеж. весен. матем. школа (3-9 мая 2023 г.)». -Воронеж: ВГУ, 2023.- С. 343-345.
  32. Рыхлов В.С. Обобщённое решение начально-граничной задачи для волнового уравнения со смешанной производной и потенциалом общего вида// В сб.: «XXXIV Крымская осенняя математическая школа-симпозиум Н.Д. Копачевского по спектральным и эволюционным задачам».-Симферополь: ИТ АРИАЛ, 2023.-С. 17-19.
  33. Рыхлов В.С. О решении начально-граничной задачи в полуполосе для гиперболического уравнения со смешанной производной// Итоги науки и техники. Сер. Совр. мат. и ее прил. -2023.- 226.- С. 89-107.- doi: 10.36535/0233-6723-2023-226-89-107.
  34. Рыхлов В.С. О решении начально-граничной задачи для волнового уравнения со смешанной производной и потенциалом общего вида// В сб.: «Современные проблемы теории функций и их приложения: Вып. 22: материалы 22-й межд. Саратовской зимней школы».-Саратов: Сарат. унив., 2024.- С. 238-242.
  35. Харди Г. Расходящиеся ряды. -М.: Иностр. лит., 1951.
  36. Толстов Г.П. О второй смешанной производной// Мат. сб.-1949.- 24, № 1. -С. 27-51.
  37. Хромов А.П. Поведение формального решения смешанной задачи для волнового уравнения// Журн. выч. мат. и мат. физ. -2016.-56, № 2.- С. 239-251.-doi: 10.7868/S0044466916020149.
  38. Хромов А.П. О классическом решении смешанной задачи для однородного волнового уравнения с закрепленными концами и нулевой начальной скоростью// Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Мат. Мех. Инф.- 2019.- 19, № 3.- С. 280-288.-doi: 10.18500/1816-9791-2019-19-3-280-288.
  39. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и смешанная задача для волнового уравнения// В сб.: «Математика. Механика. Вып. 21».-Саратов: Сарат. унив., 2019.-С. 62-67.
  40. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и функциональные уравнения, связанные с аналогами геометрической прогрессии// В сб.: «Современные методы теории краевых задач: материалы межд. конференции: Воронежская весенняя математическая школа “Понтрягинские чтения-XXX”». - Воронеж: ВГУ, 2019.-С. 291-300.
  41. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и метод Фурье для волнового уравнения// В сб.: «Современные проблемы теории функций и их приложения: материалы 20-й межд. Саратовской зимней школы».- Саратов: Научная книга, 2020.- С. 433-439.
  42. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и обобщённая смешанная задача// В сб.: «Математика. Механика. Вып. 23».- Саратов: Сарат. унив., 2021.-С. 63-67.
  43. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и обобщённая смешанная задача для волнового уравнения// В сб.: «Современные проблемы теории функций и их приложения: материалы 21-й межд. Саратовской зимней школы».-Саратов: Саратов. унив., 2022.-С. 319-324.- URL: https://sgu.ru/node/184778.
  44. Хромов А.П. Расходящиеся ряды и обобщённая смешанная задача для волнового уравнения простейшего вида// Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Мат. Мех. Инф.- 2022.- 22, № 3.-С. 322-331.-doi: 10.18500/1816-9791-2022-22-3-322-331.
  45. Хромов А.П., Корнев В.В. Классическое и обобщённое решения смешанной задачи для неоднородного волнового уравнения// Журн. вычисл. мат. и мат. физ.- 2019.- 59, № 2.-С. 286-300.-doi: 10.1134/S0044466919020091.
  46. Хромов А.П., Корнев В.В. Расходящиеся ряды в методе Фурье для волнового уравнения// Тр. ИММ УрО РАН. -2021.-27, № 4.- С. 215-238.-doi: 10.21538/0134-4889-2021-27-4-215-238.
  47. Хромов А.П., Корнев В.В. Расходящиеся ряды и обобщённая смешанная задача, не допускающая разделения переменных// Тр. Мат. центра им. Н.И. Лобачевского.- 2021.- 60.-С. 325-328.
  48. Эйлер Л. Дифференциальное исчисление. - М.-Л.: ГИТТЛ, 1949.
  49. Archibald F.R., Emslie A.G. The vibration of a string having a uniform motion along its length// J. Appl. Mech.- 1958.- 25, № 1.- С. 347-348.
  50. Mahalingam S. Transverse vibrations of power transmission chains// British J. Appl. Phys.- 1957.- 8, № 4. -С. 145-148.-URL: http://iopscience.iop.org/article/ 10.1088/0508-3443/8/4/303/pdf.
  51. Sack R.A. Transverse oscillations in traveling strings// British J. Appl. Phys. -1954.-5, № 6.- С. 224- 226.- doi: 10.1088/0508-3443/5/6/307.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».