Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Петрашень, Г. И. Продолжение волновых полей в задачах сейсморазведки

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
21.10.2023
Размер:
9.64 Mб
Скачать

§з .

РАЦИОНАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «ОБРАЩЕННОЕ ПРОДОЛЖЕНИЕ ВОЛНОВОГО ПОЛЯ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННОГО В ТОЧКАХ ДНЕВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»

1. В п. 8 § 1 было дано определение

понятия «обращенное

продолжение w (х, у,

z,

х) поля и°(х,у,

t)»,

зарегистрированного

в точках

плоскости

z = 0

(дневной

поверхности) среды

z < О,

структура

которой считается

известной.

При

этом

предпола­

галось, что процессы распространения волн описываются

вол­

новым уравнением

и

что

 

и0 (х,

у,

t)

представляет

собой

«сейсмограмму»,

. т.

 

е.

результат

регистрации

в течение

времени 0 < i <

Г в точках

поверхности

z = 0

поля,

возбужден­

ного в среде z <

0 некоторым кратковременным источником

коле­

баний, расположенным в точке Р и включаемым в момент £=0.

Согласно

определению,

под

обращенным

продолжением

w (х, г/,

z,

х) *

понималось

решение уравнения

 

в области z <

0,

х >

0, подчиненное нулевым начальным данным

 

 

 

 

 

W

^

=

ST

г=о=0'

<3-2>

граничному

условию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ш | г = 0

=

« ° ( * .

У, z . T — z ) ,

(3. 3)

а также

условиям

контакта

вида (1. 20) на всех

границах раз­

дела 2,.,

если

такие

границы

существуют.

 

В п. п. 9 и 10 § 1 было произведено качественное сопоставление

продолженного

поля w (х,

у,

z,

х) с истинным (обращенным ) по­

лем и (х,

у,

z,

 

Т—х), рассматриваемым в обращенном времени

 

 

 

 

 

 

 

i =

T

t,

(3 . 4)

и были выявлены некоторые недостатки выбранного нами опреде­ ления. Однако в § 1 нельзя было обратиться к исправлению таких недостатков, так как было еще неясно, для каких целей и в каком виде может быть использовано обращенное продолжение гранич-

* В отличие от § 1, здесь и в дальнейшем мы будем обозначать обращенное продолжение поля ц° [х, у , t) символом w (х, у , z, т) без тильды сверху. Это не может привести к путанице, так как нам больше не придется сопоставлять обращенное продолжение поля и0 с истинным обращенным полем в среде, кото­ рое обозначалось в § 1 через ш.

40

ных значений и0 (х, у, t) поля в практике сейсморазведки. Те­ перь же, после изложенного в § 2, в этом вопросе достигнута необходимая ясность и потому можно попытаться устранить упомянутые недостатки.

В качестве исходного положения для последующих обсужде­

ний примем известный факт, что

решение w (х0, у0, z0 ,

^ 0 ) =

=w (М0, т0 ) сформулированной

выше математической

задачи

может быть выражено через соответствующую функцию Грина

g{M,

М0, т0 — -с) по формуле

 

 

 

 

dg(M, М0, T 0

- T )

dN,

(3. 5}

 

dz

 

 

 

 

 

где

dN—dxdy — элемент площади плоскости

z = 0 , под

M0 =

=(ж0 ,

J/o> z0 ) подразумевается точка «наблюдения» поля, рассмат­

риваемого в момент времени т=-г0 , a

N—(x,y)—переменная

точка

плоскости z = 0 , на которой замерялось

продолжаемое поле

u°(N, t). Заметим, что аналогичная формула может быть напи­ сана и в случае (коротко обсуждаемом в п. 8), когда дневная поверхность среды не является плоской, а задается уравнением вида z = / (х, у).

В соответствии с вводным замечанием к § 1, мы остановимся сначала на пояснении понятия «функция Грина», выведем фор­ мулу (3. 5), а затем изучим структуру функции Грина, что и позво­ лит нам решить вопрос о желательных изменениях в определе­ нии операции обращенного продолжения. Все рассуждения будут проводиться на физическом уровне строгости, а при изу­ чении структуры функции Грина будем исходить из ее представ­ ления в нулевом приближении лучевого метода. При таком при­ ближении все кинематические свойства поля w будут учтены полностью, а динамические свойства — с точностью, вполне доста­ точной для практики. В результате мы придем к простому и есте­ ственному окончательному определению операции обращенного продолжения граничных значений и0 (а;, у, Т—т) волнового поля вдоль выбранной системы лучей.

Для того чтобы получаемые ниже результаты можно было использовать и для прямого продолжения граничных значений поля, удобно записывать граничное условие (3. 3) в виде

 

 

 

 

w \?=o = wo (х> V> т

) -

 

 

 

 

(3 - 3'}

При

этом

если

результат регистрации

поля

на

плоскости

z = 0

в истинном времени t сводился

к функции и0

(я,

у, t),

то прямое

продолжение поля в среду z >

0 должно

определяться

решением

(для

области z >

0)

уравнения

(3. 1), в котором

v (М)

= y 0 = c o n s t

и t=t, при нулевых

начальных данных

(3. 2) и граничном

усло­

вии

(3. 3'),

где

 

У, ъ)

= и0 (х, у,

t).

 

 

 

(3. 6)

 

 

 

 

 

 

 

41

Обращенное

же

продолжение,

рассматриваемое

в

обращен­

ном времени

х

из

(3. 4),

получается

как

решение

для области

z <С 0 уравнения (3. 1), при

нулевых

начальных данных

(3. 2),

условиях

контакта

( 1 . 20) на всех внутренних границах

Е,

среды

z <; 0 и

при

граничном

условии

(3. 3'),

в

котором

положено

 

 

 

 

w0(x,

у, т) =

!»<>(*, у,

Т-х).

 

 

 

 

 

(3.7)

2. Будем понимать под функцией Грина нашей задачи (при

граничных условиях

Дирихле)

функцию

g (М,

М0,

х— х0 ), тож­

дественно

равную нулю при

х <^ х0 и

определяемую

при

х > х0

(в области z >

 

0 для прямого и в области z <

 

0 для

обращенного

продолжения)

как

решение неоднородного

волнового уравнения

 

 

д * ~

ЩИ)

S" = - в

W -

Л/о)5

(* -

'о).

 

 

(3-8)

где § (М—М0)

 

— трехмерная,

а

§ (х— х0 ) одномерная

функция

Дирака,

подчиненное

нулевым

начальным

данным

 

 

 

 

 

 

I

 

д

е

=

0

(если

Л/ ф Л/0 ),

 

 

(3. 9)

 

 

 

 

 

 

 

 

условиям

контакта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

if=jY+

дП:

 

 

 

 

:(з. ю)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вида ( 1 . 20) на всех границах раздела Е., если рассматривается

область z

0 (в области z > 0 границ раздела нет!), и удовлетво­

ряющее

однородному

граничному

условию

Дирихле

 

 

 

*

U =

0.

 

 

(3.11)

При этом, естественно,

точки

М=(х,

у, z) и

i l / 0 = (a:0,

у0, z0 ) вы­

бираются

в том полупространстве

z >

0 или z < 0, для

которого

функция

Грина строится.

 

 

 

 

 

Заметим, что правая часть формулы (3. 8) соответствует еди­

ничному

импульсному

источнику, приложенному в точке М0

и действующему лишь

в момент

х = х0 . Смысл функций Дирака

несколько разъясняется в п. 4. Пока же мы лишь отметим, что

основное свойство

этих функций определяется

соотношениями:

8 (М—М0)=0,

если

М=$=М0; 8 ( х — х 0 ) = 0 , если

х=^х0 ,

и

 

 

в

Ф (Л/) 3 (Л/ — Л/0 ) dM =

Ф (Л/0 ),

 

 

 

 

 

 

 

(3.

12)

 

 

 

 

 

 

 

j f (т) 8 ( т _ т 0 ) й т =

* • ( * )

 

 

 

 

 

-а—а

 

 

 

 

для произвольных непрерывных функций Ф (М)

и F (х) . В (3. 12)

М=(х, у, z), M0=(xQ,

г/0, z0 ), dM—dxdydz,

причем В

произволь-

42

ная часть

пространства,

содержащая

внутри себя

точку

М0,

а а >

0 — произвольное

число.

С

физической

точки

зрения

g (М,

М0,

т—т0 ), рассматриваемая

как функция

от М

и

т,

есть

поле, возбужденное в нашей среде сосредоточенным единичным

импульсным

источником

 

 

 

/ = Ь ( Л / _ Л / 0 ) 8 ( г - т 0 )

(3.13)

при условии, что при т <^ т 0

в среде царил покой и что на границе

z = 0 среды

выдерживается

режим (3. 11) (однородное

условие

Дирихле). Это поле описывает волны, расходящиеся от источ­ ника (3. 13) и претерпевающие соответствующие отражения—пре­ ломления на встречающихся границах раздела нашей среды. В математике доказывается, что функция Грина, определяемая

задачей (3. 8)—(3. 11), существует

и

симметрична

относительно

точек

М и М0,

т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g (Л/, Л/0 , х -

-о) =

g (Л/0 , Л/,

т -

т0 ).

(3.14')

При этом вследствие конечности скорости

v (М)

распространения

волн в среде при любом фиксированном

i

>

t 0

существует такое

R >

0,* что

для точек

М=(х,

у,

z)

,

в

которых

 

 

| М

-

Л/0 | =

Цх -

*„)* +

(у -

у0)2

+ {

Z -

г0)2

> Л,

оказывается

 

^ (Л/,

Л/0 , , - т 0 )

=

0.

 

 

 

(3. 14")

 

 

 

 

 

 

В п. 5 приводятся выражения функции Грина для однородного полупространства, а в п. 6 обсуждается конструкция главной части функции Грина в случае произвольной неоднородной изо­ тропной среды и на основании этого дается такое ее выражение, которое соответствует интересующему нас рациональному опреде­ лению операции обращенного продолжения.

3. Чтобы выразить решение задачи (3. 1)—(3. 3) и (1. 20) через фз^нкцию Грина, удобно воспользоваться формулой Грина для оператора Лапласа

S1S i " A y v6.ii] dB=

ди

да

dS,

(3.15)

dn

an

S

справедливой для произвольной области В, ограниченной ку­ сочно-гладкой поверхностью S с внешней нормалью п, если внутри В функции и и г; дважды дифференцируемы и имеют, например, первые частные производные, непрерывные вплоть до S. Если и и v удовлетворяют указанным требованиям везде при

z <[ 0 или г > Ом, кроме того, например,

и=0 при \М—MQ\ >

R,

* В качестве R можно взять, например,

выражение Л = (т— т0 )

X

X m a x v ( Л / ) = ( т — т 0 ) у ш в х .

 

 

43

где R — некоторое фиксированное «большое» число, то из (3. 15) следует формула

J J J [цДу — уДи] dfi = + \\i dv ди dxdy, (3. J 6)

которой мы и будем пользоваться. Заметим, что здесь dB=dxdydz

— элемент объема области В0, совпадающей пли с полупростран­ ством z > О, когда в правой части берется знак «—», или с полу­ пространством z <^ 0, что соответствует знаку « + » . Можно дока­ зать (на чем мы здесь не останавливаемся), что формула (3. 16)

применима и в том случае, если под и и v подразумевается

реше­

ние g и w сформулированных в п. п. 1 и 2 задач.

 

 

Воспользуемся формулой

(3. 16), полагая

в ней

 

 

и (Л/, х) = g (М, М0,

х0 -

v (Л/,

х) =

ц. (Л/, х).

 

(3. 17)

Заметим,

что в качестве и мы взяли функцию Грина с изменен­

ным знаком у последнего аргумента, т. е. заменпли — т 0

па 0

т 0 — т ,

что эквивалентно рассмотрению

поля точечного источника (3. 13)

в обращенном времени

т 0 — т .

Поле и (М,

t) из (3. 17)

описывает

такие же волны, как и

волны,

содержащиеся

в поле

g (М,

М0,

-с—10 ), но

распространяющиеся

в противоположных

направле­

ниях, т. е. оно содержит лишь сходящиеся волны, поглощаемые источником (3.17) к моменту т = т 0 . Использование функции Грина в виде (3. 17) является не только удобным математическим

приемом получения

формул вида

(3. 5), но и допускает глубокое

физическое

 

толкование.

 

 

 

 

Функция

v (М,

т) из

(3. 17),

удовлетворяющая условиям

за­

дачи (3. 1), (3. 2), (3. 3')

и (1 . 20), отлична от нуля при х >

0.

Что же касается функции и (М,

т) из (3. 17), то она отлична от нуля

лишь при

т < ; т 0

* и удовлетворяет в рассматриваемой области

Б0

(т. е. z >

0

или

z < 0)

уравнению

 

 

 

 

 

1

<Э2И

 

 

 

 

 

A u

~ V* (М)

~5хТ=

~ S ( М ~~ / 1 7 °' S ^° ~ Т ' '

 

граничному

условию

 

 

 

 

и условиям контакта вида (3. 10) на всех границах раздела 2,.,

если в области В0

таковые имеются. Заметим, что удовлетворение

функциями и и

у из

(3. 17) условий контакта необходимо для

того, чтобы формулу

(3. 16) можно было бы применять к

области

z < ; 0, в которой содержатся отражающие границы Б г

 

* В соответствии с задачей (3. 8)—(3. 11) неравенство g (М, М0,

х— х 0 )^0

имеет место, только если х >

т0 , т. е. если для ее третьего аргумента выполнено

условие х—х0 >

0. Поэтому

и функция и нз (3. 17) отлична от нуля, только

если для третьего

аргумента у g из (3. 17) будет х0 — х > 0, откуда и следует

44

Учитывая перечисленные свойства функций из (3. 17), а также свойство 8-функции, выраженное первой формулой из (3. 12), подставим в (3. 16) значения i n i ; из (3. 17) и выполним интегри­ рование по области В0. В результате получим

 

 

 

 

dB

=

 

 

 

А,

 

 

 

 

 

 

СО

M0, т 0 _ т )

 

 

 

 

 

dg(M,

dxdy,

 

(3. IS)

 

 

 

dz

 

 

 

 

г=0

 

 

где w0

(x,

у, x) — функция из правой части (3. 3').

 

 

Чтобы найти окончательное выражение для w (М0,

х 0

) , сле­

дует

проинтегрировать формулу

(3. 18) по

х в

промежутке

О <^ t

<^ х х , где i1 — любое число, удовлетворяющее

неравенству

х х >

х 0 .

При этом в силу свойства

8 ( х 0 — х ) ,

выраженного

второй

формулой (3. 12), для первого слагаемого левой части будем иметь

w (М0 8 (to — " ) d-z = w (М0, т 0 ) .

 

В результате же интегрирования второго слагаемого левой

части (3. 18)

получается

нуль, так как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Г-ш

d°-g

dw

 

dg'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г Г d2w

d-g

Г dw

?g_

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d-z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На

нижнем пределе x = 0 правая

часть обращается в нуль из-за

(3. 2), а на верхнем пределе

т = т1

она равна нулю потому, что при

T i

^>

оказывается g (М,

М0,

х 0 — ^ = 0. Заметим кстати, что

перестановка порядка интегрирования по области В0

и времени х

законна

в силу

свойства

функции g,

выраженного

равенством

(3.

14").

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая

изложенное,

после

интегрирования

(3. 18)

по х

окончательно

будем иметь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

г=0

dxdy,

(3. 19)

где знак « + »

относится

к случаю

сред z ]> 0, знак «—»

к случаю

z <

0, а

под

w0

(х, у,

х) подразумеваются

граничные

значения

поля w из (3. 3).

Если учеть (3. 7), обозначения N и

dN в

(3. 5)

и выбрать в (3. 19) знак «—», то получится в точности формула (3.5).

45

4. Прежде чем переходить к обсуждению вопросов, связанных с формулой (3. 19) и структурой функции Грина, полезно сделать

замечание по поводу другого возможного типа продолжения

значе­

ний поля, зарегистрированного на поверхности 2 = 0 .

Мы считали

до

сих

пор, что

на

границе

z = 0

регистрируется

значение

и0

(х, у,

t) самого поля

и (х, у,

z, t), возбужденного

в среде z < 0

какими-то источниками колебаний,

включаемыми

при

t=0.

Однако могло бы оказаться, что на

поверхности z = 0

регистри­

руется

не поле и,

а его нормальная

производная

 

 

 

 

 

 

 

: 0 =

й0 (.г,

у , t ) ,

 

 

(3.20)

и возникает вопрос: что следует понимать под продолжением зна­ чений такого поля?

Операции прямого и обращенного продолжений поля и0 (х, у, t) можно определить совершенно так же, как и в § 1, и совершенно так же можно было бы сопоставить результаты подобных продол­ жений с истинным полем в среде. При этом оказалось бы, что при прямом продолжении истинное поле в среде восстанавливается полностью, а обращенное продолжение обладает такими же не­ достатками, как и в случае, рассмотренном в п. п. 8—10 § 1.

 

Обозначая продолжение граничных значений (3. 20) символом

w

{х, у, z, т) и пользуясь записью граничного условия (3. 20)

в

виде

 

dw I

в соответствии с изложенным, можно определить операции про­ должения граничных значений (3. 20) поля следующим образом.

Под

прямым продолжением поля

(3. 20) в

полупространство

z > 0 понимается

решение уравнения

(3. 1), в котором

положено

w=w,

i=t

и

v (M) = v0,

удовлетворяющее

нулевым

начальным

данным

вида

(3. 2) и

граничному условию

(3. 21), где

 

 

 

 

 

 

 

ш 0 (х,

у , -г) =

щ(х,

у , t ) ,

 

 

(3.22)

а н0 есть функция из (3. 20).

 

 

 

 

 

 

Под

 

обращенным

продолжением поля (3. 20) в полупро­

странство

z <^ 0 понимается

решение

уравнения (3; 1), в котором

w=w,

a t

обращенное

время

из (3. 4),

удовлетворяющее ну­

левым

начальным

данным

(3. 2)

и

условиям

контакта

(1 . 20)

(в которых положено

w=w)

и подчиненное

граничному условию

(3. 21),

где

 

 

 

 

т) = й 0 ( х ,

 

 

 

 

(3.23)

 

 

 

 

 

 

у ,

у , T —

t ) .

 

 

Решения указанных задач также легко выражаются через

соответствующую (уже другую) функцию Грина g (М,

М0,

т— т0 )

и определяются формулами

 

 

 

 

 

 

46

io(M0, т„) = + j dx \ j iS0 (ж, у , t ) | (Л/, Л/„, т0 _ t ) |_r=() dxdy,

(3. 24)

О—со

где M=(x,

y, z), У1'/0=(а:0, y0,

z0 ), причем знак «-{-» относится

к случаю

сред

z <

0, а

знак

«—»

соответствует среде

z ]> 0.

Что же касается функции Грина f

(71/, i l / 0 , т—т0 ), то она опре­

деляется в области z ^> 0

или z < 0 как решение уравнения (3. 8),

где, равно

как в (3. 9) и (3. 10), положено g=g

{М,

М0,

т—т0 ),

подчиненное начальным

условиям

(3.9), условиям

сопряжения

(3. 10) на

всех

отражающих

границах

(если

таковые

имеются)

и удовлетворяющее

при

z = 0

новому

граничному

условию

(однородному условию Неймана). Такая функция существует* оказывается симметричной в смысле (3. 14) и обладает свойством, выраженным равенством (3.14'). Формула же (3. 24) получается из (3. 16), если вместо (3. 17) положить

u (М, т) = § (М, Л/0 , %о-х),

v [М, т) = w (Л/, -г)

и повторить почти буквально выкладки из п. 3.

 

Полезно отметить, что конструкция формулы

(3. 24) оказа­

лась более простой по сравнению

с (3. 19), так как

в (3. 24) вхо­

дит сама функция Грина £, а не ее производная

по z. Степень же

сложности функций g(M, М0, т—т0 ) и g (М,

М0,

•z—т0) как

в смысле их вида, так и способов их нахождения из

сформули­

рованных выше задач оказывается одинаковой. Поэтому практи­

ческая

реализация процесса

продолжения

полей на основе

фор­

мулы

(3. 24) оказаывается

более простой,

чем в случае

фор­

мулы

(3. 19).

 

 

 

5. Обсуждение вопросов, связанных со структурой функции Грина, целесообразно начать с простейшего случая однородного полупространства (z >• 0 или z < 0). Предварительно же полезно указать на простое правило, позволяющее обычным образом опе­ рировать с обобщенными функциями Дирака. Для определен­ ности будем рассматривать функцию Ь (t10), которая нам будет нужна в последующем.

Как известно, функция 8 (t10), часто встречающаяся в при­ ложениях, определяется условиями, сформулированными в связи

с (3. 12). Там следовало бы лишь

добавить

равенство

8 (t—t0) =

= S(i 0 t) .

Такие условия плохо

 

вяжутся

с классическим пред­

ставлением

о функции, интеграле

и т. п. Однако можно

остаться

в рамках привычных классических представлений, если понимать, под 8 (t—if0) результат предельного перехода при е - > 0 от глад-

47

ких, сколь

угодно

раз

дифференцируемых

функций

Ьв

(t—t0),

подчиненных

требованиям

 

 

 

 

 

 

 

\(t — г0 ) = 56 (*о — t) > 0

при

\t —

 

t0\<z,

 

 

 

8 6 ( i — t 0

) = 0

 

при

| i - i „ | > е, J

( 3

' 2 6 )

 

5

be(t~t0)dt=

j

bt{t—t0)dt

=

l.

(3.26")

 

— СО

 

t08

 

 

 

 

 

 

При этом предельный переход следует производить лишь в окон­ чательных выражениях, содержащих интегралы, под знаки кото­ рых входят функции 8s (t10).

С таких позиций сразу же оправдываются соотношения (3. 12).

Например, из (3. 26) для любой непрерывной / (t)

следует

 

со

 

 

if„+a

 

 

 

 

 

(

/ ( 0 в. ( * - *о )

<й =

J / ( О М * - ' о )

=

+

6').

 

 

— С О

 

t0Б

 

 

 

 

где 1 <[ 0

1 в силу теоремы о среднем. Переходя

здесь

к пре­

делу

при е -»• 0, из-за

непрерывности / (t) будем

иметь

 

 

со

 

 

со

 

 

 

 

 

(

f(t)Z(t~t0)dt

=

lim \ f(t)b'e(t-t0)dt

=

j(t0).

(3.27')

 

—со

 

—со

 

 

 

 

Легко уясняется и смысл производных

от 5-функций. Напри­

мер,

для первой производной, по определению, имеем

 

 

 

со

 

со

 

 

 

 

 

 

\ f(t)b'(t-t0)dt

 

= l\m \ f[t)o'e(t

t0)dt*

 

 

 

— со

 

—СО

 

 

 

 

Если существует непрерывная производная / ' ( t ) , то интегриро­

вание по частям, с учетом

(3. 26), дает

 

 

 

ij

f(t)K(t~t0)dt=

 

\ f(t)b'e(t-t0)dt

 

=

 

—со

 

 

/„—s

 

 

 

=

- \

f'[t)\(t

to)dt = - f ' ( t 0

+

b).

 

Итак,

 

 

 

 

 

 

 

СО

 

 

СО

 

 

 

 

J f(t)b'(t-t0)dt

=

- j

f(t)b'{t0-t)dt

=

-f'(t0)

(3.27")

* Здесь, как и обычно, штрих у В обозначает дифференцирование по всему

.аргументу, при этом 8 ' ( ' - * о ) = - ^ - 8 ( ' - * о ) = - 5 ^ 5 ( * - * о ) .

•48

и т. п. Заметим,

что формулы (3. 27)

остаются

справедливыми

и тогда, когда интегрирование совершается по любому промежутку

(а, Ь), содержащему внутри себя точку t0 (т. е. а <

t0

<

Ь).

 

Перейдем теперь

к нахождению функций Грина

в

однород­

ных полупространствах, скорость распространения воли в кото­

рых v=v0. При этом будем считать z0 > 0, будем пользоваться обо­

значениями

 

 

 

 

 

 

 

/ 1 / £ = ( . г 0 , !/0, гп ), 1Щ={х0,

уа, —г0 ),

 

|

(3.

28)

 

 

 

 

 

 

г ± =\М

— /¥± | = т/(х-з:0)*+{у-ио)*+(*

+

го)* J

 

 

и будем учитывать известный факт, что уравнение

 

 

 

 

 

 

1 д"-и.

- Щ) •

 

 

 

 

 

Д в

~ l g Ц Т = - / (0 3

 

 

 

 

рассматриваемое

в безграничной среде

со скоростью

распростра­

нения воли v=v0,

имеет решения вида

 

 

 

 

 

b = w ( ' - - S " )

 

( з -2 9 )

при «произвольной функции / (t)». Заметим, что во всех точках М,

где ?'±=т^0, функция (3. 29) удовлетворяет однородному

волновому

уравнению, а если / ( ? ) = 0 при t <

0, то

и из

(3. 29)

удовлетво­

ряет и нулевым начальным данным

при

t=0

везде,

где г±=^=0.

При построении функции Грина мы будем исходить из единствен­ ности решения поставленных для них в п. п. 2 и 4 граничных за­ дач, которая позволяет «угадывать» вид решения, а затем лишь проверять, что оно действительно удовлетворяет всем условиям задачи.

а) Граничное условие (3. 11), т. е. условие Дирихле. Рассмот­ рим сначала случай полупространства z ] > 0. В соответствии с обо­ значениями (3. 28) в уравнении (3. 8) следует положить М0=М^. При этом функция

g (М, М0, z — т0 ) =

-^Г

30)

удовлетворяет уравнению (3. 8) в области z > 0. (Первое слагае­ мое удовлетворяет неоднородному уравнению (3. 8) в силу свойств функций (3. 29); подстановка же в левую часть (3. 8) второго сла­ гаемого дает нуль, так как при z > . 0 всегда оказывается г_ > 0 ) . Очевидно, что функция (3. 30) удовлетворяет и нулевым начальным данным (3. 9), так как если М=£=М%, то оказывается г ± > 0 и, сле­ довательно, при i = х0 аргументы у 8-функций из (3. 30) везде от­ рицательны. Наконец, из-за равенства г + = 7 - _ во всех точках плос­ кости z = 0 ясно, что функция (3. 30) удовлетворяет и граничным условиям (3. 11). Итак, (3. 30) удовлетворяет всем условиям за-

4 Г. И. Петрашеиь, С. А. Нахамшш

49

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ