
- •А.П. Бырдин н.В. Заварзин а.А. Сидоренко л.П. Цуканова
- •А.П. Бырдин н.В. Заварзин а.А. Сидоренко л.П. Цуканова
- •Введение
- •1. Ортогональные системы функций и обобщенные ряды Фурье. Интегралы Фурье
- •1.1. Исторические замечания
- •1.2. Гильбертово пространство. Ряды Фурье в гильбертовом пространстве
- •1.3. Тригонометрические ряды Фурье
- •1.4. Интегральная формула Фурье. Интеграл Фурье
- •1.5. Условия представимости функции интегралом Фурье
- •1.6. Комплексная форма интеграла Фурье. Преобразование Фурье
- •Преобразование Лапласа и его приложения
- •1.1. Свойства преобразования Лапласа
- •2.2. Решение дифференциальных уравнений операционным методом
- •Импульсные функции и их приложение к решению дифференциальных уравнений
- •Приложение операционного метода к решению систем линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами
- •2.5. Индивидуальные задания
- •Ответы к индивидуальным заданиям
- •Задачи механики и физики, приводящие к основным уравнениям математической физики
- •3.1. Понятие уравнения в частных производных и его решения. Основные уравнения математической физики. Уравнения современной математической физики
- •3.2. Уравнения Пуассона и Лапласа. Вывод уравнений для потенциала электрического поля
- •3.3. Получение уравнения Гельмгольца из уравнений электромагнитного поля
- •3.4. Уравнение распространения тепла в изотропном твердом теле
- •3.5. Уравнение колебаний струны
- •4. Решение одномерных уравнений математической физики. Задача Коши и краевые задачи Коши
- •4.1. Распространение тепла в неограниченном стержне. Фундаментальное решение уравнения теплопроводности
- •4.2. Метод Фурье для одномерного уравнения теплопроводности. Распространение тепла в ограниченном стержне
- •4.3. Общее решение волнового уравнения в случае одной пространственной переменной. Решение Даламбера
- •4.4. Задача Коши для одномерного волнового уравнения. Формула Даламбера
- •4.5. Колебания ограниченной струны. Решение методом Фурье
- •5. Метод Фурье для уравнений математической физики в двумерном и трехмерном пространствах
- •5.1. Оператор Лапласа в декартовых и криволинейных координатах. Граничные задачи для уравнений Лапласа и Пуассона
- •5.2. Разделение переменных в уравнении Лапласа в декартовой и сферической системах координат
- •5.3. Определение потенциала электрического поля внутри параллелепипеда
- •5.4. Разделение переменных в уравнении Лапласа в цилиндрических координатах
- •5.5. Задача Дирихле для уравнения Лапласа в круге. Интеграл Пуассона
- •5.6. Распространение тепла в бесконечном цилиндре
- •5.7. Распространение электромагнитных волн в цилиндрическом волноводе
- •Решение уравнения Гельмгольца методом Фурье
- •5.8. Движение электрона в атоме водорода. Квантовый подход
- •6. Элементы теории специальных функций
- •6.1. Недостаточность элементарных функций для решений дифференциальных уравнений. Дифференциальные уравнения, как источник функций
- •6.2. Гипергеометрическое уравнение и функции гипергеометрического типа
- •6.3. Частные случаи гипергеометрической функции: цилиндрические функции Бесселя
- •6.4. Частные случаи гипергеометрической функции: ортогональные полиномы Лежандра
- •7. Функциональные и степенные ряды и их приложения к решению дифференциальных уравнений
- •7.1 Функциональные ряды. Сходимость и равномерная сходимость
- •7.2. Свойства равномерно сходящихся рядов. Признак равномерной сходимости
- •7.3. Степенные ряды. Интервал сходимости, радиус сходимости
- •7.4. Свойства степенных рядов
- •7.5. Арифметические операции и другие действия над степенными рядами
- •7.6. Разложение функций в степенные ряды
- •7.7. Обобщения степенных рядов – интегро – степенные ряды и ряды Вольтерра
- •8. Приближенно-аналитические методы решения дифференциальных уравнений
- •8.1. Необходимость асимптотических методов
- •8.2. Калибровочные функции. Символы порядка
- •8.3. Пример асимптотического разложения. Определение асимптотического ряда
- •8.4. Асимптотические последовательности и асимптотические разложения
- •8.5. Простейшие асимптотические методы решения дифференциальных уравнений
- •8.6. Метод Линдстедта – Пуанкаре
- •1. Ортогональные системы функций .И обобщенные ряды Фурье. Интегралы Фурье……………………………………..... 4
- •2. Преобразование Лапласа и его приложения…………….19
- •2.3. Импульсные функции и их приложение к решению дифференциальных уравнений …………….……….……..…... 38
- •3. Задачи механики и физики, приводящие к основным уравнениям математической физики ……………………......76
- •4. Решение одномерных уравнений математической физики. Задача Коши и краевые задачи ……...……………107
- •5. Метод Фурье для уравнений математической физики в двумерном и трехмерном пространствах .......…………….133
- •6. Элементы теории специальных функций.........................179
- •8. Приближенно-аналитические методы решения дифференциальных уравнений ….........................................221
- •9. Список литературы………………………………………..247
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.5. Индивидуальные задания
Проверить, какие из указанных функций являются функциями-оригиналами:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
Пользуясь определением, найти изображения следующих функций:
2.
.
3.
.
4.
.
5.
6. Может ли функция
служить изображением некоторого
оригинала?
Найти изображение функций:
7.
.
8.
.
9.
.
10.
.
11.
.
12.
;
.
13. Пусть
.
Найти изображение функции
непосредственно и с помощью теоремы
подобия.
Пользуясь теоремами линейности и подобия, найти изображения следующих функций:
14.
.
15.
.
16.
.
17.
.
18.
.
19.
.
Пользуясь теоремой о дифференцировании оригинала, найти изображение следующих функций:
20.
.
21.
.
22.
.
23.
.
24.
.
25.
.
Найти изображения следующих функций:
26.
.
27.
. 28.
.
29.
.
30.
.
31.
.
32.
.
33.
.
Найти изображения следующих функций:
34.
.
35.
.
36.
.
37.
.
38.
.
39.
.
Найти изображение функций:
40.
.
41.
.
42.
.
Найти изображения следующих функций, заданных графически:
4
3.
f(t)
1
0 1 t
f(t)
44.
1
0 1 2 t
1
4
5.
f(t)
1
0 1 2 t
46. f(t)
1
0 a t
4
7.
f(t)
1
0 a t
48.
f(t)
a
0 a t
49.
f(t)
b-a
0 a b t
50.
f(t)
4
3
2
t
2
4
5
1.
f(t)
1
0 a 2a t
1
52. f(t)
2
1
0 a 2a 3a t
53.
f(t)
1
0 a 2a t
1
54.
f(t)
1
0 a 2a t
1
5
5.
f(t)
1
0 a 2a 3a 4a t
1
5
6.
f(t)
b
0 a 2a t
b
57. Пусть функция
,
периодическая с периодом Т, есть
функция оригинал. Показать, что ее
изображение по Лапласу
дается формулой
и определено в полуплоскости
Найти изображение следующих периодических функций:
58.
f(t)
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 t
59. f(t)
1
0 1 2 3 4 5 t
60.
.
61.
.
62. f(t)
1
2 3 t
.
Найти изображение следующих функций:
63.
.
64.
.
Найти оригиналы по заданному изображению:
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.
.
Решить следующие дифференциальные уравнения при заданных начальных условиях:
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.
.
C помощью формулы Дюамеля найти решения уравнений, удовлетворяющие заданным начальным условиям:
156.
.
157.
.
158.
.
159.
.
160.
.
161.
.
162.
.
163.
.
164.
.
165.
.
Решить системы уравнений:
166.
.
167.
.
168.
.
169.
.
170.
.
171.
.
172.
.
173.
.
174.
.
175.
.
176.
.
177.
.
178.
.