12. Решение задач Дирихле с уравнением Пуассона методом теории потенциалов

Полученные свойства потенциалов позволяют пользоваться ими как удобным аппаратом для решения краевых задач.

Решим первую краевую задачу с уравнением Пуассона.

Задача: найти функцию, гармоническую в области , ограниченную контуроми удовлетворяющую награничным условиям. Рассмотрим первую краевую задачу: (1), ищем, дважды дифференцируемую и непрерывную в, удовлетворяющую уравнению и начальным условиям.

Объёмный потенциал : внутри областиимеетII производную и: , пусть,.

Пусть , причём, длязадача будет ставиться следующим образом: (2), задачу (1) свели к (2). Ищем её решение в виде потенциала двойного слоя:, она удовлетворяет уравнению и граничному условию (2). Таким образом, получили уравнение, которому удовлетворяет:, из этого уравнения надо найти плотность.

Таким образом, решением краевой задачи будет потенциал двойного слоя с плотностью, удовлетворяющей последнему уравнению.

1. Сводная таблица6 общие сведения о потенциалах:

Потенциал	Объёмный потенциал	Потенциал простого слоя	Потенциал двойного слоя
Физическая интерпретация	Объём непрерывно заряжен с плотность	В объёме Д находится заряженный непрерывно с плотность лист площадиS	В объёме Д находятся два непрерывно зараженных с плотность момента диполей листа, сближенных по нормали:
Вид потенциала
	Если , то это обычные интегралы, зависящие от параметра, подынтегральное выражение нигде не обращается в бесконечность:-u гармоническая функция везде.
	Если , ρ – конечно,
	существует и непрерывен (интеграл сходиться)	существует и непрерывен	существует, но может быть разрывна.
Первые производные:	существуют и непрерывны	- величины разрыва (производная рвётся)	Говорить о них нельзя
Дополнительно:	Вторые производные: - объёмный потенциал удовлетворяет этому соотношению в области.		Если поверхность S замкнута, и нормаль направлена внутрь, то можно указать величину разрыва:
В 2D случае всё аналогично, нужно сделать лишь следующие замены:

9. Понятие о корректно и некорректно поставленных задачах математической физики, примеры.

Корректность - непрерывная зависимость решения от дополнительных условий в любой конечной точке области, т.е. если имеем уравнение и два условия, причём(отличные на малую величину), то и(тоже мало отличаются).

Пусть ,- гармоническая функция, тогда:, тогда по теореме о максимумах и минимумах везде в областиD верно: то есть малому изменению граничных условий отвечает малое изменение решений. Задача Дирихле корректна.

Пример некорректной задачи: - уравнение Лапласа. Рассмотрим задачу Коши:.

Рассмотрим два типа начальных условий: . Эти граничные условия мало отличаются при. Но решения не будут близкими при этом:, т.к.. Таким образом, решения будут существенно различны.

10. Уравнение с операторомс особенностью, свойства, ограниченность, постановка задачи.

Теория специальных функция – это теория следующих уравнений: (*)- линейное дифференциальное уравнение второго порядка. Пусть функция, т.е. - нуль первого порядка. Решение (*) всегда:. Рассмотрим решение в окрестности особой точки, в которой обращается в ноль.

Теорема. Если уравнение имеет ограниченное в точкерешение, то все остальные решения(линейно независимые) не ограничены:. То есть существует одно ограниченное решение.

Доказательство: Из теории ОДУ знаем, что ,- Вронскиан двух решений. Докажем:, тогда, чтд.

У нас ограничено, а- нет. Рассмотрим следующую величину:. Проинтегрируем эту величину: ,, следовательно, этот интеграл расходится при , а это значит, что, чтд.

Уточним теорему: рассмотрим два случая.

1. в окрестности точки,~, т.е. как логарифм.

2. ~~- полюс порядка.

Проанализируем получившееся решение:

Если требуется ограниченное решение в особой точке, то , т.к.. Так как полное решение (*) всегда является суммой двух решений: ограниченного и неограниченного, то ограниченность этого первого решения уже есть само по себе граничное условие.